УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ ИЗ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ Российский патент 2024 года по МПК C01B17/04 B01J8/02 

Изобретение относится к области неорганической химии, в частности, к получению серы из сероводородсодержащих газов и может применяться в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей и химической отраслях промышленности.

Известна установка получения элементарной серы в процессе переработки сероводородсодержащих газов, которая состоит из вертикального цилиндрического реактора с псевдоожиженным слоем катализатора, конденсатора серы и фильтров для улавливания мелкодисперсной серы, в реакторе проводится газофазное окисления сероводорода кислородом на твердых катализаторах, полученная сера отделяется из газовой фазы в конденсаторе при снижении температуры, мелкодисперсная сера удаляется на механическом фильтре с последующим сбросом оставшейся газовой фазы (Исмагилов Ф.Р. Способ утилизации сероводорода в кипящем слое катализатора. Ж. «Газовая промышленность», 1993 г., стр. 23-24). Недостатками описанной установки являются потери целевого продукта на фильтрах и энергетические потери из-за повышения гидравлического сопротивления на фильтрах при их забивании мелкодиспергированной серой, что в конечном счете приводит к остановке функционирования установки.

Известно устройство для получения элементарной серы (RU 53664, МПК С01В 17/04, опубл. 27.05.2006 г.), в котором подогретый воздух подают в нижние слои катализатора, насыпанного на газораспределительную решетку реактора, а сероводород-содержащий газ - под решетку. Зону реакции охлаждают хладоагентом, подаваемым в змеевик. Выходящие из реактора продукты реакции с диспергированной серой на пути в зону барботажа охлаждаются змеевиком, в который подают хладоагент через исполнительный механизм, взаимодействующий через регулятор с датчиком вязкости. Барботируя жидкую серу в сероборнике, мелкодисперсная сера оседает, а газовая фаза продуктов реакции поступает в зону «над барботажным слоем», проходит через каплеотбойник и сбрасывает через патрубок. Через переливную трубу жидкая сера с верхнего уровня барботажного слоя отводится в патрубок.

Наиболее близкой по технической сущности известна установка для процессов переработки сероводородсодержащих газов с переменным расходом и составом от сероводорода с получением элементарной серы (RU 149826, опубл. 20.01.2015 г., МПК С01В 17/04), которая включает эжекторное устройство, реактор прямого окисления сероводорода, представляющий из себя цилиндрический аппарат, в нижней части которого расположена газораспределительной решетка, на которой размещается гранулированный сферический катализатор, над решеткой в слое катализатора расположен теплообменник для отвода тепла экзотермической реакции окисления сероводорода, конденсатор серы, барботер, заполненный жидкой серой.

Недостатком известных технических решений является низкое качество переработки сероводородсодержащих газов из-за отсутствия оперативного регулирования и автоматического поддержания стехиометрического соотношения сероводородсодержащих газов и воздуха при окислении сероводорода кислородом в условиях переменного расхода сероводородсодержащих газов, что приводит к образованию SO₂, SO₃ и других оксидов серы, загрязняющие окружающую среду, и снижению эффективности получения серы.

Основной задачей предлагаемого технического решения является повышение качества переработки сероводородсодержащих газов при получении элементарной серы и снижение выбросов SO₂, SO₃ и других оксидов серы в окружающую среду за счёт оперативного регулирования и автоматического поддержания стехиометрического соотношения сероводородсодержащих газов и воздуха.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности получения элементарной серы из сероводородсодержащих газов и снижение загрязняющих выбросов в окружающую среду.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для получения элементарной серы прямым окислением сероводородсодержащих газов, содержащей эжекторное устройство, реактор прямого окисления сероводорода, состоящий из вертикальной металлической ёмкости с газораспределительной решеткой, на которой размещается гранулированный сферический катализатор сероводорода, в слое которого расположен теплообменник для отвода тепла экзотермической реакции окисления, и конденсатор серы, согласно предложенному техническому решению,

на входе в установку установлены расходомер сероводородсодержащих газов и расходомер воздуха, последний сообщается с клапаном регулирования поступающего воздуха, управляемый контроллером управления, связанного с расходомерами сероводородсодержащих газов и воздуха, сообщающиеся с эжекторным устройством смешивания сероводородсодержащих газов и воздуха с последующим вводом смеси в реактор, выполненный с горизонтальной газораспределительной решеткой для размещения на ней ка-тализатора, а теплообменник реактора сообщается с блоком охлаждения и циркуляции охлаждающей жидкости;

дополнительно содержит нагреватель воздуха, сообщающийся, с одной стороны, с

клапаном регулирования поступающего воздуха и, с другой, - с эжекторным устройством смешивания сероводородсодержащих газов и воздуха.

Проведённый заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемой установки для получения элементарной серы из сероводородсодержащих газов, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определённого заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленное техническое решение испытано в производственных условиях с положительным результатом. Следовательно, заявляемая установка для получения элементарной серы из сероводородсодержащих газов соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

На фиг. 1 схематично показана предлагаемая установка для получения элементарной серы прямым окислением сероводородсодержащих газов.

Установка для получения элементарной серы прямым окислением сероводородсодержащих газов содержит реактор 1 прямого каталитического окисления сероводорода, состоящий из вертикальной металлической ёмкости с горизонтальной газораспределительной решеткой, на которой размещается гранулированный сферический катализатор сероводорода, в слое которого расположен теплообменник для отвода тепла экзотермической реакции окисления (условно не показаны), эжекторное устройство 2 и конденсатор серы 3. (Фиг. 1). На входе в установку установлены расходомер 4 сероводородсодержащих газов и расходомер 5 воздуха, последний сообщается с клапаном 6 регулирования поступающего воздуха, управляемый приводом посредством сигналов от контроллера управления 7, связанного с расходомерами 4 и 5 сероводородсодержащих газов и воздуха, соответственно, сообщающиеся с эжекторным устройством 2 смешивания сероводородсодержащих газов и воздуха с последующим вводом смеси в реактор 1, а теплообменник реактора сообщается с блоком 8 охлаждения и циркуляции охлаждающей жидкости, который состоит из аппарата воздушного охлаждения и насоса (условно не показаны). Установка может дополнительно содержать нагреватель 9 воздуха, сообщающийся, с одной стороны, с клапаном 6 регулирования поступающего потока воздуха и, с другой, - с эжекторным устройством 2 смешивания сероводородсодержащих газов и воздуха.

Работоспособность предлагаемой установки подтверждается следующим примером получения элементарной серы.

В установку подавался сероводородсодержащий газ с расходом 2514 ... 3246 ст. м³/час, с концентрацией сероводорода в нем 24% об., остальное диоксид углерода и углеводороды, при температуре 44°С и избыточном давлении 0,044 МПа, и одновременно подавался воздух с расходом в пределах 1440-1855 ст. м³/час. Для запуска процесса получения элементарной серы включался нагреватель 9 и поток воздуха перед смешиванием с сероводородсодержащим газом предварительно нагревался до температуры 220-280°С. Расходомеры 4 и 5 постоянное измеряли расходы сероводородсодержащего газа и воздуха и передали результаты измерения в контроллер управления 7, который определял соотношение расхода сероводородсодержащего газа и воздуха и осуществлял управление клапана 6, установленного на линии подачи воздуха, и по сигналу от контроллера управления 7 изменял расход воздуха до необходимого соотношения с расходом сероводородсодержащего газа. Смешивание воздуха и сероводородсодержащих газов осуществлялось в эжекторном смесителе 2, из которого газовоздушную смесь поступала в катализатор реактора 1. В реакторе 1 с горизонтальной газораспределительной решеткой площадью 1,23 м² происходил непрерывный процесс прямого каталитического окисления сероводорода при температуре 320°С с выделением от реакции окисления сероводорода тепловой энергии J = 0,615 Дж/моль. При получении в реакторе 1 стабильного процесса реакции прямого каталитического окисления сероводорода с температурой 320°С, нагреватель 9 выключался и поток атмосферного воздуха, регулируемый клапаном 6 от контроллера управления 7, без нагрева поступал напрямую в эжекторное устройство 2 на смешивание с сероводородсодержащим газом. При достижении в реакторе температуры 280-320°С включался блок 8 охлаждения и циркуляции охлаждающей жидкости для отвода излишней тепловой энергии J из реактора, которым поддерживалась стабилизация температуры окисления сероводорода в реакторе посредством теплообменника с циркуляцией хладагента ВОТ блоком 8 охлаждения. Парогазовая смесь из реактора поступала в конденсатор серы 3, где пары серы переходили в капли серы размером более 1000 мкм, которые после высыхания элементарной серой выводилась из конденсатора газа 3, а отхожие газы отводились в инсинератор на сжигание.

Произведены анализы компонентного состава газа хроматографическим способом после выхода конденсатора серы 3 и определена концентрация сероводорода в нем, которая составила 0,022% об. доли. Также произведен анализ на соответствие сопутствующих газов ПДК после сжигания в инсинераторе - превышение ПДК не выявлено. Таким образом, подтверждена высокая конверсия сероводорода и отсутствие вредных выбросов после получения элементарной серы.

Изобретение относится к получению серы из сероводородсодержащих газов и может применяться в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей и химической отраслях промышленности. Установка получения элементарной серы содержит расходомер сероводородсодержащих газов и расходомер воздуха, клапан регулирования потока воздуха от контроллера управления и нагреватель воздуха, сообщающиеся с эжекторным устройством смешивания, реактор прямого окисления сероводорода, выполненный с горизонтальной газораспределительной решеткой с размещенным на ней гранулированным сферическим катализатором, теплообменник для отвода излишней тепловой энергии и конденсатор серы. Изобретение позволяет повысить эффективность получения элементарной серы из сероводородсодержащих газов при снижении загрязняющих выбросов в окружающую среду. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для получения элементарной серы прямым окислением сероводородсодержащих газов, содержащая эжекторное устройство, реактор прямого окисления сероводорода, состоящий из вертикальной металлической емкости с газораспределительной решеткой, на которой размещается гранулированный сферический катализатор сероводорода, в слое которого расположен теплообменник для отвода тепла экзотермической реакции окисления, и конденсатор серы, отличающаяся тем, что на входе в установку установлены расходомер сероводородсодержащих газов и расходомер воздуха, последний сообщается с клапаном регулирования поступающего воздуха, управляемым контроллером управления, связанным с расходомерами сероводородсодержащих газов и воздуха, сообщающимися с эжекторным устройством смешивания сероводородсодержащих газов и воздуха, с последующим вводом смеси в реактор, выполненный с горизонтальной газораспределительной решеткой для размещения на ней катализатора, а теплообменник реактора сообщается с блоком охлаждения и циркуляции охлаждающей жидкости.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит нагреватель воздуха, сообщающийся с одной стороны с клапаном регулирования поступающего воздуха и с другой – с эжекторным устройством смешивания сероводородсодержащих газов и воздуха.