Сера_3

6. Промышленная установка получения элементарной серы мощностью 2500 нм3/ч по сырью
Установка мощностью 2500 нм3/ч (24,5 тыс.т/год по сере), принципиальная технологическая схема которой представлена на рис. 2.9, реконструирована в ПО "Киришинефтеоргсинтез" в 2001 г. взамен физически и морально устаревшей, действовавшей с 1969 г. Старая установка имела низкую степень конверсии сероводорода (примерно 94%) и, в связи с этим, высокую загрязненность сернистым газом и сероводородом выбросов печи дожига.
При строительстве установки заменено практически все основное оборудование термической и каталитической стадий, применен более совершенный и современный катализатор типа CR-3S фирмы "Прокатализ", обеспечивающий стабильную конверсию кислого газа в течение всего периода его эксплуатации, впервые использован катализатор типа AM в качестве защитного слоя, установлены новые горелочные устройства, котлы-генераторы пара и анализаторы соотношений "сероводород:сернистый газ". В связи с этим конверсия сероводорода в процессе получения элементарной серы составила 96,84%, в том числе по ступеням, %:
термическая 74,12
I каталитическая 67,75
II каталитическая 70,77
Переоборудование установки производилось на основании предварительного обследования институтом ВНИИГАЗ и детального проектирования, выполненного инжиниринговой фирмой 000 "ИКТ Сервис" (г. Москва).

Основной особенностью нового реактора, используемого на термической ступени, является наличие двух выносных горелочных устройств конструкции ВНИИГАЗ, диаметрально расположенных на единой оси вблизи глухой стенки камеры сгорания. Горелки имеют штуцеры для подвода воздуха (в том числе во время сушки футеровки и разогрева реактора в период пуска), кислого и топливного газа. Они также оснащены лючками для визуального контроля за пламенем (гляделками) и штуцерами для приборов розжига. Стекла лючков обдуваются воздухом и инертным газом. По сравнению с ранее использовавшимся реактором выход серы на этой ступени увеличился на 30%, общая степень конверсии по установке на 2%, выбросы SO2 в атмосферу сократились на 25-35%.
В подогревателях кислого газа ТП-1,2 было оптимизировано потребление кислорода, что обеспечило стабильность технологического режима и надежность эксплуатации.
Примененные конверторы за счет увеличения объемной скорости и равномерного распределения газового потока по всему сечению конвертора, уменьшения времени его пребывания в слое катализатора до 2-3 с позволили более эффективно загрузить каталитические ступени и продлить срок службы катализатора.
После второй каталитической ступени применен новый узел улавливания капельной серы, который снизил ее содержание в технологическом газе на 90-95% и повысил общую степень извлечения серы. Это снизило выбросы SO2 с дымовыми газами из печи дожига в атмосферу. Сепаратор (СУ) установлен на газоходе между конденсатором-генератором КГ-2 и печью дожига ПД. Уловленная на этой стадии сера смешивается с потоком серы из КГ-2 и через серо-затвор направляется в серную яму.
Таблица 2.3
Характеристика выбросов

Наименование выбросов из печи дожига
Валовый выброс


г/с
т/год

СО2
0,0958
2759

СО
0,0159
460

SO2
0,063
1814


Суммарный выброс из печи дожига при 8 тыс.ч работы установки в год составляет около 5000 кг, высота выброса 80 м, температура 800°С, а объем 2,82 м3/с. Состав выбросов приведен в табл. 2.3.
Одним из важнейших факторов, позволивших повысить эффективность работы новой установки и степень конверсии на 2-5%, является применение поточного анализатора "хвостового" газа, поддерживающего оптимальное соотношение концентраций "H2S:SO2" и регулирующего режим при изменении состава кислого газа.
К числу недостатков этой схемы относится сравнительно низкая степень конверсии по сравнению с современными. Необходимо отметить отсутствие устройства дегазации серной ямы, что способствует повышению загрязненности атмосферы сероводородом и увеличению его концентрации в рабочей зоне. Эти недостатки будут учтены при строительстве установки производства элементарной серы в составе комплекса глубокой переработки мазута на Кириш-ском НПЗ.

Принципиальная технологическая схема установки получения серы
Сырьем установки получения серы в ПО "Киришинефтеорг-синтез" (см. рис. 2.9) является сероводородсодержащий (кислый) газ, который поступает в сепаратор-каплеотбойник Е-1, где, проходя через тарелку, оснащенную струнными каплеуловителями, отделяется от возможной жидкости. Конденсат поступает в сборники Е-2,3, откуда насосами Н-3,4 откачивается на установку карбонизации сернистощелочных стоков. Кислый газ из Е-1 тремя потоками направляется на сжигание в топочную часть реакторов-генераторов РГ-1,2 (96% от общего количества), а также в подогреватели ТП-1 и ТП-2 (по 2%).
Подача воздуха на сжигание обеспечивается воздуходувками ВД-1,2. Сжигание кислого газа в топке производится с коэффициентом избытка воздуха 0,33. Соотношение расходов воздуха и кислого газа при входе в РГ-1,2 поддерживается на уровне 2-2,45:1. Точное соотношение расходов подбирается при помощи поточного анализатора "хвостовых" газов, установленного на линии подачи "хвостового" газа в печь дожига, и регулятора, клапан которого находится на линии подачи воздуха в РГ-1,2. Воздух с помощью этого анализатора-регулятора подается в топку в таком количестве, чтобы на выходе с последней каталитической ступени соотношение концентраций "H2S:SO2" было равно 2:1. Если это соотношение больше чем 2,2 срабатывает сигнализация.
Расход воздуха в ТП-1,2 поддерживается автоматически с помощью соответствующих регуляторов, клапаны которых установлены на линии подачи. Соотношение расходов "кислый газ:воздух" поддерживается в пределах 1:4,3-5,8. Коэффициент избытка воздуха0,6-0,8.
Для обеспечения необходимой безопасности работы топочных устройств последние оснащены соответствующими клапанами-отсекателями, срабатывающими при давлении кислого газа и воздуха ниже установленных уровней (при погасании пламени, понижении или повышении уровня воды в барабанах котлов). Во всех случаях клапан-отсекатель автоматически перекрывает подачу кислого газа в РГ-1,2. Такие же устройства имеются и в ТП-1,2.
При попадании кислого газа и воздуха в печь РГ-1,2 происходит сгорание сероводорода с образованием серы, сернистого газа, окиси и двуокиси углерода, паров воды. Как указывалось выше, при наличии примесей в сероводороде возможно образование сероокиси углерода COS, сероуглерода CS2. По мере снижения температуры в топочной камере, особенно за счет охлаждения в котле-генераторе, при наличии в кислом газе микропримесей ароматических углеводородов возможно образование цепочек с разным содержанием атомов серы от 3 до 8.
Продукты реакции поступают в трубное пространство котла, где происходит охлаждение газов, конденсация паров серы. Тепло газов и конденсации серы идет на выработку пара давлением до 0,4 МПа.
Вода в межтрубное пространство котла подается насосами КС-1,2 из деаэратора Д-1. Уровень воды в котле поддерживается автоматически. Образующийся в котле пар используется для обогрева серопроводов, серозатворов, трубопроводов, каплеотбойника Е-1 и сероуловителя СУ. Балансовое количество отводится во внешнюю сеть установки. Образующийся конденсат после использования пара направляется в деаэратор Д-1.
Технологический газ в первой ступени РГ-1 охлаждается за счет отдачи тепла на выработку пара до 300-500°С, во второй ступени до 150°С, а образующаяся сера конденсируется и через гидрозатвор ГЗ-1 отводится в подземное хранилище.
Охлажденный технологический газ из РГ-1,2 далее поступает в камеру смешения топки подогревателя ТП-1, куда подается для сжигания часть (-2%) кислого газа из Е-1. В камере происходит сгорание сероводорода, за счет чего технологический газ нагревается до 260°С и направляется на первую каталитическую ступень (КВ-1). При прохождении газа через катализатор неокисленный сероводород окисляется с образованием SO2, серы, воды, двуокиси углерода. За счет выделяющегося тепла реакции температура газа на выходе из каталитической ступени повышается и достигает 316°С. Температура продуктов замеряется на выходе из КВ-1 и по зонам катализатора. Нагретый технологический газ охлаждается в конденсаторе-генераторе КГ-1 до 130-150°С за счет подачи питательной воды в межтрубное пространство. Сера конденсируется и через гидрозатвор ГЗ-2 направляется в подземное хранилище. Образующийся в КГ-1 пар давлением до 0,25 МПа используется для нужд установки.
Далее технологический газ поступает в камеру ТП-2, где смешивается с оставшейся частью кислого газа из Е-1 и воздухом, сжигается и с температурой 220°С поступает во второй конвертор КВ-2, где происходят те же реакции, что и в КВ-1, в результате которых газ разогревается до 244°С и поступает в КГ-2, где за счет отдачи тепла вырабатываемому пару охлаждается до 128-130°С. Сконденсированная сера через гидрозатвор направляется в подземное хранилище. С последней ступени технологический газ поступает в се-роуловитель СУ, где с помощью струйного устройства из газа удаляется аэрозольная сера, которая смешивается с серой из КГ-2 и уходит в хранилище.
"Хвостовые" газы Клаус-процесса далее направляются в печь ПД, где за счет сжигания определенного количества топливного газа дожигаются, так чтобы в выбросах в атмосферу через дымовую трубу содержание сероводорода и других вредных продуктов было минимально. На линии выхода газов в печь дожига установлен анализатор-регулятор соотношения "кислый газ:сернистый газ", который поддерживает это соотношение 2:1.
Жидкая сера из подземного хранилища откачивается насосами Н-5,6 на бетонную площадку для хранения и отгрузки железнодорожными вагонами или автотранспортом.

Характеристики сырья, катализаторов и продуктов установки получения серы
Установка рассчитана на работу в широком диапазоне нагрузок по каждому газу от 600 до 2500 нм3/ч при достижении конверсии 96%.
В качестве сырья используется кислый газ следующего состава, % об.: сероводород 95,0, метан 4,6, этан 0,3, пропан 0,1.
В процессе используются импортные катализаторы фирмы "Прокатализ", основные характеристики которых приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4
Характеристика катализаторов процесса Клауса
Показатели
Катализаторы*


основной CR-3S
защитный AM

Форма
Шарик
Шарик

Диаметр, мм
3-6
4-8

Удельная поверхность, м2/г
300-400
230-330

Объем пор (см3/г) со средним диаметром:
0,1 мкм
0,75нм

0,16
0,2




Химический состав:
Al2O3, %мас.
Na2O3, ppm

93,8
2400

93,5


Насыпная плотность, кг/л
0,65-0,72
0,74-0,85

Сопротивление раздавливанию, кгс/см2
12
15

Загрузка (м3):
КВ-1
КВ-2
К-13

9,1
6,1




2-3

* Гарантированный срок службы 5 лет.


Требования к качеству товарной твердой комовой серы РЗ марки 9998 по ГОСТ 127-93 приведены ниже:

Содержание, % мас.:
серы, не менее 99,98
органических соединений, менее 0,01
H2S в жидкой сере, ррm 10
Зольность, % мас., не более 0,02
Кислотность (в пересчете на H2SO4), менее 0,0015
Цвет Желтый

Присутствие органических углеводородных соединений в сере связано с тем, что при температуре выше 130°С углеводороды (особенно ароматического ряда) могут реагировать с жидкий серой, образуя полимерные соединения углеводорода, так называемые "карсулы" (рис. 2.10). В производстве серной кислоты "карсулы" могут отлагаться в форсунках жидкой серы, закупоривая ее и создавая определенные трудности в работе установки. Образование их в сырье влияет также на цвет серы. Чистая сера обычно желтого цвета. В процессе формирования "карсул" возможно образование не только полимерных соединений серы, но и сероводорода, что небезопасно для работающего персонала. Это явление может происходить уже при температуре хранения серы (несколько выше 130°С).


Товарный баланс производства элементарной серы при максимальной работе установки представлен в табл. 2.5.
Таблица 2.5
Баланс установки при работе с максимальной мощностью
(2500 нм3/ч)
Показатели

Единицы измерения


% мас.
кг/ч
тыс.т/год

Взято:




Исходное сырье сероводородсодер-




жащий газ
24,5
3685
29,48

Воздух на горение (без печи дожига)
51,2
7693
61,54

Топливный газ в печь дожига ПД-1
0,34
50,58
0,40

Воздух в ПД-1
23,96
3600
28,8

Итого
100
15028,58
120,22

Получено:




Элементарная сера
20,4
3065,3
24,52

Выброс из ПД-1
79,0
11874
94,99

Потери
0,6
89,28
0,713

Итого
100
15028,58
120,22


Основное технологическое оборудование
К основному оборудованию установки относят следующие аппараты: реакторы-генераторы РГ-1,2; топки-подогреватели технологического газа ТП-1,2; конверторы каталитического превращения
технологического газа в элементарную серу КВ-1,2; сепаратор-уловитель капельной серы СУ, сепаратор топливного газа С-1 и печь дожига ПД-1.
В процессе нормальной эксплуатации установки поддерживаются основные технологические параметры, указанные в табл. 2.6.
Таблица 2.6
Основные параметры работы установки

Наименование продукта и стадии процесса
Температура, С
Молекулярная масса
Расход, нм3/ч

Кислый газ, поступающий на переработку
20
33,00
2500

Воздух на установку (без печи дожига)
20
28,88
5967

Кислый газ в РГ-1
20
33,00
2377

Воздух в РГ-1
20
28,88
5297

Газ на выходе из РГ-1 перед входом в котел (I ступень)
1250
29,69
7794

Газ на выходе из I ступени перед входом во II ступень котла РГ-1
315
32,13
7204

Газ на выходе из котла РГ-1 (II ступень)
151
25,66
6974

Кислый газ на сжигание в ТП-1
20
33,00
69

Воздух на горение в ТП-1
20
28,88
376

Газ на выходе из ТП-1 перед входом в КВ-1 (I каталитическая ступень)
260
26,07
7396

Газ на выходе из КВ-1 перед котлом КГ-1
316
26,26
7314

Газ на выходе из КГ-1 перед входом вТП-2
135
24,54
7240

Воздух на горение в ТП-2
20
22,88
293

Кислый газ на сжигание в ТП-2
20
33,00
54

Газ на выходе из ТП-2 перед конвертором КВ-2 (II каталитическая ступень)
220
24,82
7578

Газ на выходе из КВ-2 перед входом вКГ-2
245
24,94
7543

Газ на выходе из КГ-2
135
24,25
7518

Газ на входе в печь дожига ПД-1
135
24,25
7518

Топливный газ на входе в ПД-1
20
38,99
29

Воздух на горение в ПД-1
20
28,88
2792

Газ на выходе из ПД-1 перед входом в дымовую трубу
590
25,97
10230


Реактор-генератор (РГ-1,2) является головным аппаратом установки производства серы. В нем при контакте с подаваемым в топку воздухом происходит термическое сжигание основной части кислого газа с образованием продуктов, состоящих в основном из серы, сернистого газа, сероокиси углерода и сероуглерода технологического газа. Сгорание кислого газа проводится при температуре 1250°С в герметичной топочной камере. Реактор-генератор состоит из двух частей топочной камеры с установленными в ней горелками для сжигания сероводорода и котла-генератора для охлаждения технологического газа до температуры конденсации серы и выработки пара среднего и низкого давления.
Общий вид и размер топочной камеры и 1-й ступени котла-генератора представлены на рис. 2.11, а вид сверху топочной камеры с расположением на ней горелочных устройств и точками контроля температуры на рис. 2.12.
Топочная камера реактора-генератора рассчитана на рабочее давление 0,055 МПа и температуру 1250°С. Температура стенки 300°С. Корпус камеры выполнен из углеродистой, нержавеющей и жаростойкой сталей. Внутри топочная камера футерована жаростойким бетоном и легковесным кирпичом.
Пробный разогрев и пуск реактора-генератора РГ-1 после реконструкции установки выявили ряд проектных недоработок, главными из которых являлись перегрев и быстрое оплавление футеровки реактора-генератора. В целях устранения этого в конструкцию реактора-генератора внесены следующие изменения:
в торцевой части реактора-генератора смонтирован штуцер для установки термопары с пределами от 0 до 1200°С на период сушки футеровки и ее разогрева;
в верхней части реактора РГ-1 для контроля температуры в период эксплуатации РГ-1 установлена платинородиевая термопара с более высокими пределами измерения (600-1600°С);
внутренняя футеровка торцевой и конусной части реактора-генератора выполнена полностью из кирпича с термостойкостью до 1700°С;
путем математического моделирования в зависимости режима сжигаемого топлива подобран оптимальный вариант габаритных размеров и соотношения горелки и футеровки, в том числе и внутреннего сужающего устройства. Проектная конструкция горелки и сужающего устройства в связи с удлиненным факелом пламени быстро выводила футеровку РГ-1 из строя. Кроме того, внесены некоторые изменения в обвязку самой горелки и модернизированы штуцеры датчиков погасания пламени и запальников в топках подогревателях ТП-1, 2 путем установки шаровых обогревающих кранов.
После внесения указанных изменений в проектный вариант работа реактора-генератора РГ-1 пришла в норму.
Топочная камера РГ-1 переходит в задней ее части в котел-генератор пара, состоящий из собственно генератора пара, оборудованного трубной секцией, вмонтированной в решетку, выполненную из коррозионно-устойчивых и жаропрочных сталей, и паросборника-котла. Горячие продукты сгорания кислого газа с температурой 1250°С из топочной камеры направляются в трубную часть котла-генератора, отдают свое тепло для выработки пара, который собирается в паросборнике, охлаждаются до 315°С и поступают во вторую часть генерирующего пар котла (на рис. 2.12 не показан), где охлаждаются до 150°С, за счет чего сера из газа конденсируется и удаляется через гидрозатвор в сборную емкость для хранения серы.
Топочная камера РГ-1 оборудована двумя основными горелками (см. рис. 2.12) для сжигания кислого газа, которые направлены навстречу друг другу.
Принципиальное устройство горелок приведено на рис. 2.13. Горелка оборудована штуцером Б для ввода кислого газа, двумя штуцерами В и двумя штуцерами Г для воздуха при минимальной и максимальной производительности работы установки по кислому газу. Расположение воздушных штуцеров для минимального и максимального расхода воздуха хорошо видно на рис. 2.14.
Штуцер А в горелочном устройстве предусмотрен для подачи топливного газа, который используется только в период сушки футеровки печи и разогрева топки до необходимой температуры. При нормальной эксплуатации топливный газ не используется и сгорание кислого газа происходит за счет автотермичности процесса. В котле реактора вырабатывается до 5 т/ч пара давлением 0,35-0,4 МПа. Он используется для обогрева трубопроводов, серопроводов, гидрозатворов, а избыток его для нагрева теплофикационной воды на установке.









Топки-подогреватели (ТП-1,2) служат для подогрева технологического газа до необходимой температуры перед каталитическими ступенями и сжигания части кислого газа. Они рассчитаны на сжигание сероводородсодержащего газа в количестве от 13 до 69 нм3/ч и нагрева технологического газа, поступающего в топку в количестве от 1672 до 7249 нм3/ч от 150 до 280°С на 1-й и до 220°С на 2-й каталитической ступени. Внешний вид и разрез топки-подогревателя представлен на рис. 2.15, а размещение горелочного устройства относительно торца топки на рис. 2.16.

В топках поддерживается избыточное давление до 0,055 МПа. Они изготовлены из углеродистой и нержавеющей стали, внутренность футерована жаростойким бетоном. Основные размеры топок:
диаметр 9м, длина 41м.
Конверторы KB-1,2. Эти аппараты предназначены для проведения каталитических реакций превращения продуктов, входящих в состав технологического газа после термической ступени процесса Клауса (сернистый газ, сероуглерод, сероокись углерода, непрореагировавшая часть сероводорода), в элементарную серу, то есть для увеличения степени конверсии сероводорода. Разрез конвертора представлен на рис. 2.17.

Конверторы рассчитаны на работу при температуре 220-360°С и избыточном давлении 0,055 МПа. Выполнены из углеродистых сталей СтЗ спб, СТ20 спб, а также 12Х18Р10Т и 10Х17НВ142Т. Габаритные размеры: диаметр 34 м, высота 48,5 м.
Внутренняя часть оборудована опорной решеткой Е, на которой находится загруженный в конвертор катализатор. Температура в слое катализатора контролируется с помощью трех термопар В с целью своевременного предотвращения самопроизвольного повышения температуры до недопустимой.
Вход газа производится через патрубок А, выход конвертированного газа через патрубок Б. Конверторы оборудованы двумя люками: Г смотровой и для загрузки катализатора и Д для выгрузки отработанного катализатора.
Сепаратор серы СУ (сероуловитель) служит для отделения аэрозольной серы, уносимой со 11-й каталитической ступени отходящими в печь дожига газами. Сепаратор выполнен из углеродистой стали и оснащен фильтром из натянутых нержавеющих струн, по которым уловленные из потока газа капли серы стекают вниз, что обеспечивает снижение потерь серы. Рабочая температура 130-150°С, давление 0,01 МПа. Габариты сепаратора: диаметр 12 м, высота 25,8 м.

Заголовок 1 Заголовок 215oasE:\Мои Документы\OSV\Сера[email protected]
·
·
·
·
·. . . . . . . . . C

Приложенные файлы

  • doc 23879869
    Размер файла: 835 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий