Исторические и технические аспекты производства серы на оренбургском газоперерабатывающем заводе тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.13 ВАК РФ

На правах рукописи

ПАНТЕЛЕЕВ ДМИТРИЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

ИСТОРИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА СЕРЫ НА ОРЕНБУРГСКОМ {

ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕМ ЗАВОДЕ

Специальности

02.00.13 - Нефтехимия

07.00.10 - История науки и техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2003

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина и на Газоперерабатывающем заводе ООО «Оренбурггазпром»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Спиркин Владимир Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Егуткин Наум Лазаревич кандидат технических наук Удалова Елена Александровна

Ведущая организация -

Инсти гут горючих ископаемых РАН, г. Москва

Защита состоится 3 июня 2003г. в 14-00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.289.01 Уфимского государственного нефтяного технического университета по адресу: 450062, Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «29» апреля 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор

ТсГ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы:

Вероятное содержание серы в нефти и природном газе оценивается в 2*109 т. В углеводородном сырье сера представлена в основном в виде сероводорода, меркаптанов и других сероорганических соединений. Серово-дородсодержащие природные газы выявлены в семнадцати газонефтеносных бассейнах нашей страны, концентрация сероводорода в них колеблется от 0,015 до 26,5%.

Поэтому за последние 20 лет мировая структура производства серы из различного серосодержащего сырья существенно изменилась. Регенерированная (до 90% из сероводорода) сера превратилась в крупнейший источник ее получения.

В настоящее время, мощность и количество установок получения серы из сероводорода многократно возросла, и к 2002 г. топливные отрасли дают до 50% всей серы, вырабатываемой отечественной промышленностью

Оренбургский ГПЗ (ОГПЗ) является крупнейшим в Европе. Сырье перерабатывается с большим содержанием сернистых соединений, поэтому за 30 лет ОГПЗ накопил огромный опыт в процессах получения элементарной серы из сероводородсодержащего сырья. На заводе производились опытно-промышленные испытания катализаторов, систем оптимизации процесса, реконструировались печи. Но этот опыт оказался мало изученным, что сдерживает дальнейшее совершенствование промышленной технологии получения серы. Поэтому изучение опыта производства серы на этом заводе с целью ее совершенствования является актуальной задачей.

Целью диссертационного исследования является:

- анализ исторических и технических аспектов создания и совершенствования процессов переработки сернистого природного газа и промышленного производства серы на ОГПЗ.

Научная новизна:

Впервые рассмотрено в историко-техническом аспекте развитие техники и технологии переработки кислых газов на ОГПЗ с целью использования результатов работы как в инженерной, так и в исторической науке.

Впервые проанализированы изменения качества используемого сырья и получаемых продуктов, изменения технико-экономических показателей производства в результате модернизации, реконструкции и замены технологического оборудования производства серы. Описан опыт использования отечественных катализа юров на установках «Клауса» и «Сульфрен».

Впервые выполнена оценка экологической эффективности внедрения природоохранных мероприятий по снижению загрязнения атмосферного воздуха в районе ОГПЗ.

Практическая значимость:

Материалы исследований применены при модернизации установки Клауса на первой очереди завода, а также использованы при разработке «Мероприятий по реконструкции объектов ООО «рр^мдедаТОРОДЖЬНИИ I

БИБЛИОТЕКА !

оэпетда?л

приема и переработки газа Карачаганакского месторождения в объеме 7 млрд. м3 в год».

Результаты работы используются в качестве лекционного материала при чтении курса лекций в ЦПК «Оренбурггазпром».

Апробация работы:

Основные положения диссертации были доложены на одиннадцатой Международной деловой встрече «Диагностика - 2001» (Тунис, апрель 2001 г.); на второй Международной научно-практической конференции «Проблемы развития юпливно-энергетического комплекса: экономика, политика, история» (Москва, 25 апреля 2001 г.).

Публикации; По теме диссертационной работы опубликованы 3 статьи и тезисы 3 докладов на научных конференциях.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 111 страницах, включая 30 таблиц, 8 рисунков, приложения и состоит из введения. Состоит из введения, 6" глав, выводов, и списка литературы из 124 наименований.

Хронологические рамки исследования охватывают период с 1974г.' начиная с создания производства серы на ОГПЗ, по настоящее время.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1.История создания и развития Оренбургского ГПЗ

Промышленное освоение Оренбургского нефтегазоконденсатного се-роводородсодержаще! о месторождения неразрывно связано с развитием отечественной газовой промышленности.

Большинство научно-технических решений по освоению месторождения, строительству и эксплуатации современного газохимического комплекса осуществлялось впервые. Уникальность Оренбургского месторождения потребовала от ученых разработки новых форм организации добычи, внутри промысловой обработки и транспорта агрессивного сероводо-родсодержащего газа, переработки газа и конденсата, охраны недр и окружающей среды. В процессе освоения Оренбургского газового комплекса закладывались основы прогрессивных методов и технологий проектирования, строительства и эксплуатации предприятий по добыче и переработке природного газа, содержащего сероводород и гелий.

У истоков разведки нефти и газа в Оренбуржье стоял основоположник советской нефтяной геологии академик И.М. Губкин. В середине 30-х годов по его инициативе были развернуты работы на обширной Волго-Уральской территории, в пределах которой расположена Оренбургская область.

Месторождение протянулось вдоль левого берега реки Урал на 120 с лишним километров шириной 20 километров. Толщина газового пласта превышала 500 метров. В марте 1969 года Государственный комитет СССР по запасам утвердил запасы по ОГКМ около 900 миллиардов кубических метров природного газа и 75 миллионов тонн конденсата.

Оренбургский газ содержит много ценнейших компонентов: серу, конденсат, гелий, этан и другие ценные вещества.

В начале 1971 года Временная научно-техническая комиссия под руководством академика Н.Н.Некрасова представила правительству предложения по развитию Оренбургского газоконденсатного месторождения (ОГКМ).

Лукоянов Б.В. был назначен исполняющим обязанности директора газоперерабатывающего завода.

27 апреля 1972г. в Москве был подписан контракт с французской фирмой «Косей» на поставку в Оренбург комплексного оборудования трех установок по очистке газа от серы с годовой производительностью установок 15 млрд. м1 очищенного газа и 450 тыс.тн.серы. Продолжительность строительства, объектов пускового комплекса первой очереди завода определялась в 49 месяцев. Монтаж технологического оборудования начался в июле 1972г.

В феврале 1973 года Управление по строительству газоперерабатывающего завода и магистральных трубопроводов «Оренбурггаззаводы» было реорганизовано в производственное объединение «Оренбурггаззаводы». Но в середине августа объединение «Оренбурггаззаводы» ликвидируется. Все его предприятия передаются в состав вновь созданного Всесоюзного объединения по добыче, переработке и гранспортировке газа в «Оренбурггазпром». Его первым директором становится Ю.Ф. Вышеславцев.

4 июня 1973 года на должность зам. главного инженера по производству ОГПЗ назначен Черномырдин B.C., который ранее работал на Ор-ском ГПЗ им.В.П. Чкалова. С 10.09.1973г. он назначен директором газоперерабатывающего завода.

Цех №1 очисти газов от сернистых соединений, был образован 25 сентября 1973г., начальником цеха назначен Чернов Г. С., заместителем -Шкоряпкин А. И., механиком - Лютик В. В.

Начальником цеха №2 по производству серы был назначен в 1973 году Климов В. Я., заместителем - Кабанов М. А., механиком - Корнев В.А.

Первым начальником цеха №3 по очистке и стабилизации конденсата был назначен Климов Н. Т., заместителем - Мазанов В. К., механиком -Гордеев А. С.

29 июня 1974г. Государственная комиссия приняла в эксплуатацию законченный строительством пусковой комплекс 1-й очереди ОГПЗ производительностью в год по переработке сырого газа 15 млрд. м3, нестабильного конденсата 1,6 млн.тн.

В сентябре 1975 г. начались пусконаладочные работы на пусковых объектах второй очереди завода, а уже в декабре 1975г. технологические установки второй очереди были выведены на технологический режим и проектную мощность.

В конце 1978 г. в разгар подготовки к пуску третьей очереди по приказу Министра газовой промышленности (№ 436-к от 22.11.1978г.) Черномырдин B.C. от должности директора ОГПЗ был освобожден и откомандирован в порядке перевода в аппарат ЦК КПСС. Новым директором был на-

значен главный инженер Нсмков В.В, а главным инженером -Бочкарев Г.И.

В 1979г. пущена тре!ья очередь ОГПЗ.

В ноябре 1979г. главным инженером завода назначен Грунвальд В. Р., а в марте 1980г. директором завода - Гальперин Б. М.

В 1979 году был достигнут максимальный уровень добычи и переработки, который составил 48,7 млрд. куб. м газа. С 1979 по 1984 годы добыча удерживалась на уровне 48-48,7 млрд. куб м в год. В период с 1974г. на ГПЗ получено 29151,7 млн.тн.серы. График выработки серы по годам представлен на рис. 1.

ГОД

Рис.1. График выработки серы с 1974 по 2002 гг.

С 1985 юда ОГКМ находится в стадии падающей добычи. Несмотря на ежегодный ввод новых скважин, снижение добычи составляет около 1 млн. куб. м в 1 од. В связи с этим, начался поиск других источников сырья для ОГПЗ. Ставка была сделана на недавно открытое мощное Карачага-накское месторождение в Казахстане (КГКМ). ОГПЗ через газопроводы и конденсатопроводы, каждый протяженностью 150 км., заблаговременно был связан с этим месторождением, где добыча газа началась в 1984г. Начиная с 1984 г. под руководством нового директора ОГПЗ В.И. Вакулина и главного инженера В.Я. Климова коллективу пришлось осваивать переработку конденсата и газа КГКМ. До 1991г. Карачаганакское месторождение находилось в составе «Оренбурггазпрома».

В 1988г. В.Я. Климов переводиться начальником производственно-диспечерской службы в ВПО «Оренбурггазиром», на его место назначается В. С. Настека. В октябре 1989 г. В.Я. Климов был избран директором завода.

Несмотря на уменьшение добычи и переработки газа, в настоящее время ОГПЗ (с 2000г. директор A.M. Трынов) является одним из основных газоперерабатывающих предприятий отрасли. Объем переработки сырого газа ОГКМ вместе с газами других месторождений составляет более 28 млрд. куб. м в год, нестабильного конденсата вместе с нефтью - около 5

млн. тонн в год. Запасы газа по основному месторождению в перспективе не смогут обеспечить полную загрузку имеющихся заводских мощностей, поэтому параллельно разработке ведутся поисковые разведочные работы, найдены и осваиваются новые месторождения, перспективные по запасам нефти и газа.

ООО «Оренбурггазпром» уделяет большое внимание экологической безопасности всего газохимического комплекса. За счет внедрения мероприятий природоохранного характера выбросы загрязняющих веществ снизились до нормативных.

В ООО «Оренбурггазпром» разработана стратегия развития предприятия до 2030 года. Все это позволяет активно работать сегодня и уверенно смотреть в завтра.

2. Развитие процессов производства серы на первой очереди Оренбургского ГПЗ

Сырьем установок получения серы является кислый газ полученный на установках сероочистки.

Сырьем установок сероочистки I очереди ГПЗ первоначально был газ ОГКМ. Состав сырьевого газа представлен в табл.1.

Таблица!.

Состав сырьевого газа ОГКМ (% об.).

H2S СО, с, с Г1 с, iC4 пС4 с5+ RSH N2

2.7 1.5 82.36 5.2 1.8 0.34 0.7 0.4 до 500* 4.85

- --1--т

* концентрация, мг/м

Состав кислого газа, получаемого из сырьевого газа ОГКМ при регенерации поглотителей - абсорбентов, представлены в табл.2.

Таблица 2.

Состав кислого газа с установок сероочистки на I очереди ГПЗ(% об.).

HaS СО, Н,0 СНзОН у/в

70 18,5 9 од 1,4

Три установки Клауса I очереди 1,2,3-У50 производительностью по 180 тыс. т/год. введены в эксплуатацию в марте 1974 г. Кислый газ перерабатывается по схеме «прямого» Клаус-процесса с двумя каталитическими конвекторами и конденсацией серы после термической ступени и каждого конвектора. Установки были разработаны фирмой Женса (Франция). Проект на строительство первой очереди завода выполнен генеральным проектировщиком - институтом ЮжНИИгипрогаз (Украина). Технологическая схема установки Клауса представлена на рис.2.

Рис.2. Принципиальная технологическая схема установки Клауса первой очереди ГПЗ:

I- кислый газ; 11- воздух горения; III- отходящие газы; ГУ-выход серы; 1-сепаратор; 2-печь реакции; 3-конденсатор серы; 4-реактор; 5-экономайзер; 6-печь подогрева.

Степень извлечения сернистых соединений на установках Клауса не достигает 100%, в связи с этим отходящие газы с установок Клауса необходимо очищать от вредных сернистых соединений при одновременном постоянном расширении объемов переработки сернистых природных газов.

С 1975 юда установки получения серы методом Клауса на I очереди ГПЗ были снабжены установками доочистки отходящих газов по процессу ФИН. Разработанный французским институтом нефти процесс ФИН-Клаусполь-1500 основан на обработке отходящих газов ре-циркулирующим поюком полиэтилен гликоля (ПЭГ-400). Принципиальная технологическая схема установки ФИН представлена на рис.3. Производительность установок по 80 тыс.м3/ч. Установки доочистки отходящих газов 1 очереди введены в эксплуатацию в период с августа 1975 года по декабрь 1976года.

4—

ш

Рис. 3. Принципиальная технологическая схема установки ФИН: 1-отходящие газы установки «Клаус»; II- очищенные газы в печь до-жига; Ш-выход серы; 1- колонна; 2-узел фильтрации; 3-промежуточная емкость

Стабильной работы установок достичь не удалось по следующим причинам: проектом заложен нелогичный принцип соединения установки Клауса, дающие газы с соотношением Н2$/'5С>2=2, и установки ФИНа, требующей соотношения Н28/802=2,4/2,9; качество получаемой серы низкое

93-96%; датчики расходов и уровней часто забивались серой и солями, поэтому установка ФИН плохо регулировалась и контролировалась; коррозия очень интенсивна и был необходим частый и металлоемкий ремонт. Установки доочистки отходящих газов эксплуатировались до 1982 года, а затем из-за коррозионного износа установки были остановлены.

Эффективность работы установок Клауса сильно зависит от оптимизации параметров процесса. Первоначально оптимизация осуществлялась на основе системы с обратной связью. Система оптимизации с обратной связью базировалась на обеспечении минимальной концентрации диоксида серы в газах после печи дожига.

Трудности пробоотбора и пробоподготовки, а также значительная инерционность системы не позволили в полной мере реализовать преимущества систем с обратной связью из-за динамических погрешностей регулирования и привели к созданию прогнозирующих систем оптимизации, т.е. систем управления по возмущению.

Поэтому значительным достижением следует считать предложенную фирмой «Elf.Equitaine»(OpanuHfl) комбинированную систему оптимизаций с обратной связью и быструю реакцию на внешние возмущения прогнозирующих систем. Данная система оптимизации реализована на базе ЭВМ Т1600 фирмой «Tclemecanique Electrique» (Франция) и была испытана на I и III очереди ОГПЗ. Со стороны ГПЗ руководили работами главный приборист Кузин А.Ф. и начальник бюро эксплуатации Редин В.А. В 1984г. система была испытана и показала, что она работает устойчиво, обеспечивая стабилизацию соотношения H2S/SO2 на уровне 2,16-2,22 ед., что позволяет получать среднемесячную степень конверсии 93-93,5 %.

Начиная с 1984 года, согласно проекту реконструкции и расширения ОГПЗ, начал перерабатываться газ КГКМ. Газ КГКМ (табл. 3) по своему составу отличается от газа ОГКМ.

Таблица 3.

Состав газа КГКМ (% об.).

H2S С02 с, с2 Сз iC4+nC4 с5+ RSH N2

3,93 5,63 79,2 6,05 2,43 0,99 0,44 До 870* 0,76

* концентрация, мг/м

В табл. 4 представлен компонентный состав кислого газа при работе установок сероочистки на газе ОГКМ и КГКМ на первой очереди ГПЗ.

Таблица 4.

Состав кислого газа при работе установок сероочистки на смеси газов

ОГКМ и КГКМ (% об.).

H2S С02 Н20 СН3ОН у/в

58,3 36,49 4,08 0,66 0,47

Из приведенных таблиц видно, что с приемом газа КГКМ концентрация сероводорода в кислом газе снизилась с 70 до 58%об., возросло содержание диоксида углерода с 18,5 до 36,49% об., что поставило перед произ-

водством серы на установках Клауса ряд проблем, важнейшей из которых явилось ухудшение горения кислого сероводородсодержащего газа в печах Клауса. Это вызвано тем, что диоксид углерода, присутствующий в кислом газе, непосредственного влияния на реакцию Клауса не оказывает, но снижает концентрацию реагирующих компонентов и тем самым понижает конверсию.

Для решения проблемы горения кислого газа в печах установки Клауса пригласили специалистов Оренбургского Политехнического института. В результате проведенных исследований было предложено установить форкамерные горелки (проект выполнен в ПКО ГПЗ, активное участие в разработке проекта приняли главный инженер В.Я. Климов и начальник установки Матвеев Л.В., от ОПИ - Г.И. Ллимбаев), а также было предложено на печах подогрева 1,2,ЗУ50 Р02, РОЗ стабилизатор воспламенения на горелку печи. Анализ работы печей подогрева с форкамерными горелками показал, что метанол, метан и другие углеводороды сгорают в печи полностью до паров воды и диоксида углерода. Пары воды, азот, диоксид углерода из кислого газа и воздуха переходят в продукты горения без изменения. В продукшх горения содержится около 0,2 % свободного кислорода, который переходит из воздуха. Переокисление сероводорода в печах подогрева уменьшилось, что снизило недостаток воздуха в печи реакции.

В 1984 году институтом было предложено установить стабилизатор воспламенения на горелку РГ. Стабилизатор был установлен на установке «Клауса» 2У50 1 очереди ГПЗ в 1985 году. В табл. 5 представлены результаты промышленных испытаний устройства по сравнению с установкой ЗУ50, на которой кон>с не был установлен.

Таблица 5.

Показатели работы установок 2У50 со стабилизатором и ЗУ50 без стабилизатора воспламенения в печи реакции

Дата

2.04.85

2.04.85

Установил

2У50

ЗУ50

Расход.тыс. м3/ч

к/г

28

30

воздух

37,8

40,5

Темпера гура. °С

юзо

800

стенки

1230

1060

Отходящие газьг

0,7

1,45

802

0,35

0,72

3.04.85

2У50

28

38

1030

1200

0,93

0,45

3.04.85

ЗУ50

28.5

38,5

800

1030

1,56

0,74

Из табл. 5 видно, что сумма концентраций Н25+502 в хвостовых газах 2У50 на 0,92-1,12 % ниже, чем на ЗУ50. Стабилизатор воспламенения позволил снизить выбросы сернистых соединений в атмосферу и повысить извлечение серы.

Поэтому описанное устройство было установлено на ЗУ50 в 1986 году В феврале 1984 юда под руководством главного инженера завода Ва-кулина В.И. было созвано отраслевое совещание специалистов институтов, занимающихся проблемами отходящих газов ВНИИГаз (Москва), Волго-УралНИПИгаз (Оренбург), Гипрогазочистка (Москва) и другие, которое пришло к заключению о неработоспособности процессов ФИН и Клин-Эр

и необходимой реконструкции установок на "сухой" процесс типа "Сульфрен».

В апреле 1984г. к проектированию установок доочистки отходящих газов приступили ВолгоУралНИПИгаз (Оренбург), ВНИИГаз (Москва), Гипрогазоочистка (Москва), НИИОгаз (Москва). Проектно-сметная документация по техническому перевооружению установок доочистки отходящих газов по 1 очереди была получена и утверждена в мае 1985 г.

Установка доочистки отходящих газов 2У55 была введена в эксплуа-1 тацию в апреле, 1У55 - в сентябре 1988 года, ЗУ 55 - в июне 1989 г., что

сразу сказалось на экологической обстановке на промышленной площадке вокруг ОГГ13. Принципиальная технологическая схема установки «Сульф-^ рен» представлена на рис.4.

IV

Рис.4. Принципиальная технологическая схема установки «Сульфрен»: 1-отходящие газы установки "Клаус"; Н-газы регенерации; Ш-выход серы; IV- очищенные газы в печь дожига; 1- реактора; 2-конденсатор серы; 3-газоотдувка; 4-печь нагрева газов регенерации

Большую роль в приближении эффективности работы действующих установок Клауса к термодинамически возможным играет каталитическая стадия процесса, вот почему имеет значение правильный выбор катализатора и сохранение его активности на высоком уровне.

Одним из путей сохранения высокой степени конверсии сероводорода в серу является использование активных и стабильных во времени катализаторов. Катализаторы, используемые в процессе Клауса, состоят в своей основе из оксида алюминия. Они обладают высокой механической прочностью, их химические свойства и активность остаются высокими при колебаниях температуры. Однако активность катализаторов в процессе эксплуатации снижается, основной причиной потери активности является их сульфатация. Особенно значительно сульфатация снижает активность алюмоксидных катализаторов в низкотемпературных процессах, использующих реакцию Клауса для доочистки отходящих газов от Н2Я и БОг. Защита от сульфатирования достигается очень тщательным расчетом основных и вспомогательных горелок. Они должны давать газы сгорания, почти полностью свободные от кислорода. Поверхность катализатора после ре-

акционной печи или вспомогательной горелки должна загружаться защитным катализатором для удаления следов кислорода.

В конвекторах установок Сульфрен на ОГПЗ для предотвращения попадания кислорода использовался французский катализатор «AM», пропитанный сульфатом железа.

Впервые в отечественной практике в АООТ «Щелковское предприятие Агрохим» освоено производство сферического алюмоксидного катализатора ИКА 27-25 для процесса Клауса. Руководил темой по разработке нового катализатора начальник лаборатории производства серы, адсорбционных и каталитических процессов ООО «ВНИИГаза» Б.П. Золотовский. Промышленная эксплуатация начата в 1996 г. на ОГПЗ. Катализатор ИКА 27-25 был загружен во второй реактор В06 установки 2У50 цеха №1. После пуска установки проводилось обследование с целью оценки работы катализатора. Конвекторы Клауса установки 2У50 были загружены следующим образом: В04 - катализатор CR, В06 - ИКА 27-25 (верхний слой 52гн.), ИКА 27-22. Главный технолог С.А. Слющенко и начальник ТО Би-енко A.A. приняли активное участие в обследовании работы установки.

В табл. 6 приведены показатели работы конвектора В06.

Таблица 6.

Показатели работы конвектора BQ6

Показатель ИКА 27г25 Номер анализа CR

1 3 4 5

Температура на входе в В06, °С 204 205 206 205 226-232

Перепад температур в В06, °С 17 15 16 18 11-16

Конверсия ГОБ, % 70 58 73 77 74-78

Проведенное обследование работы конвектора В06 установки 2У50 цеха №1 позволяет заключить, что катализатор ИКА 27-25 обеспечивает нормальные показатели технологического режима, соответствующие требованиям, предъявляемым ко второму конвектору установки Клауса.

ВНИИПИГазом (г. Баку) была разработана технология получения промотированного катализатора на основе окиси алюминия и природного цеолита. Руководитель темы кандидат технических наук P.A. Багиров. Катализатор, полученный по названой технологии, испытывался на установке Клауса 2У50 первой очереди ГПЗ.

В 1988г. партия промотированного катализатора в количестве 16 т. загружена в конвектор В04 установки 2У50. После двух лет эксплуатации, отобраны пробы катализатора для проведения полного исследования с це-

лью выявления изменении в их структурных и каталитических свойствах. Результаты сведены в табл. 7.

Таблица 7.

Работа конвектора В04

Наименование Ско- Тем-ра в Содержание Степень

катализатора рость зоне реакц. сероводорода, % конверсии,

газ пото °С %

ка

Час-'

до реакто- после ре-

ра актора

Французский ка- 1500 250 6,80 0,18 97,8

тализатор «АМ» 2000 275 6,30 0,12 98,3

Цеолит природ- 1500 255 5,93 0,6 89,9

ный промотиро- 2000 280 7,11 1,0 86,0

ванный защитный

катализ-р

'Гоже после экс- 1500 260 6,90 1,51 78,2

плуа- 2000 285 6,31 1,42 77,5

тации 26 месяцев

Катализатор 1500 250 7,40 0,88 88,15

А1зОз 2000 280 7,72 1,00 87,2

из подзащитного

слоя катал-ра че-

рез26 мес.

Кататизатор 1500 248 6,84 1,83 73,3

А1203 2000 275 7,23 1,99 72,5

из незащищенно-

го слоя через 26

мес.

Из табл. 7 видно, что активность катализатора защитного слоя после 26 месяцев эксплуатации снизилась на 8-10% от первоначальной. Катализатор под защитным слоем имеет активность около 88% (достаточно высокая), тогда как активность катализатора, расположенного в реакторе без защитного слоя ощутимо снизилась и равняется 72-73 %. Это объясняется отравлением катализатора вследствие сульфатации поверхности. Защитный слой (промотированный природный цеолит) предотвращает процесс сульфатации, т.к. кислород из зоны реакции не попадал на основной катализатор Клауса.

Промотированный катализатор на основе природного цеолита не уступает промотированному катализатору на основе окиси алюминия по своим защитным свойствам, одновременно с этим катализатор более чем в 3 раза дешевле промотированной окиси алюминия.

В 1988 г. в печи реакции ЗУ50 F01 был выложен порог. Это позволило создать рециркуляцию потоков, увеличить время горения технологических газов в печи. В сочетании со стабилизатором воспламенения,

форкамерными горелками на печах подогрева 3Y50F02, F03 порог оптимизировал процесс получения серы. Результаты обследования показали, что, несмотря на возросший и нестабильный расход кислого газа с 22,825,1 до 26.1-32.0 м3/ч, повышение температуры кислого газа с 40-41°С до 40-56 "С, содержание сероводорода и диоксида серы в отходящих газах Клауса снизилось с 1,6 и 0,8 % до 0,42 и 0,61 % соответственно. Повысился перепад температуры в первом и втором конверторах с 90 и 16°С до 100 и 22°С соответственно.

В 2001 году на установке 2У55 в реактора засыпан отечественный катализатор ГРЭС-24 (АО-С1), произведенный МОСЭНЕРГО (г.Москва), CGS-1, произведенный ЗАО Щелковский катализаторный завод. В этом же году проведено обследование установки с целью сравнительной оценки эксплутационных показателей работы отечественных катализаторов процесса Сульфрен АО-С1 и CGS-1 и проектного А2/5 (Procatalyse).

Проведенное обследование установки показало, что все три катализатора обеспечивают практически равновесную степень превращения сернистых соединений и проявляют высокую активность в реакции превращения COS в течение всего цикла адсорбции.

Таким образом, сравнительная оценка работы реакторов «Сульфрен», загруженных катализаторами АО-С1 и CGS-1, и реактора с проектной загрузкой А 2/5 показывает, что эффективность работы отечественных катализаторов соответствует показателям проектного катализатора.

Проведенная работа по модернизации производства серы на первой очереди обеспечивает стабильную работу установок Клауса в настоящее время.

3. Развитие процессов производства серы на второй очереди Оренбургского ГПЗ

В состав И очереди ГПЗ входят три установки процесса Клауса 04-06 производительностью по 184 тыс.т/год каждая. Принципиальная схема установки «Клауса» второй очереди представлена на рис.5.

Рис.5. Принципиальная технологическая схема установки «Клаус» второй очереди ГПЗ:

1-кислый газ; П-воздух горения; Ш-выход серы; IV- отходящие газы; 1-сепаратор кислого газа; 2-печь реакции; 3-конвектор; 4-конденсатор серы; 5-экономайзер

Генеральный проектировщик - научно-исследовательский институт «ЮжНИИгипрогаз». Проектная документация на технологическую часть КИПиА и электрооборудование разработана фирмой COCEL (Франция).

Сырьем установок Клауса 2" очереди ГПЗ является кислый газ, полученный после десорбции ДЭА с установки У01 -02-03 и кислых газов из общего коллектора. Кислый газ, поступающий на вторую очередь завода, содержит около 68 % сероводорода.

Переработка кислого газа ведется по схеме «прямого-Клаус» процесса, и каждая из установок снабжена тремя каталитическими реакторами.

Установки доочистки отходящих газов 07-08 первоначально были основаны на жидкостном процессе «Клин-Эр», которые введены в эксплуатацию в декабре 1975 г. Принципиальная технологическая схема установки «Клин-Эр» представлена на рис.6.

>

ш

Рис. 6. Принципиальная технологическая схема установки «Клин-Эр»:

1-отходящие газы установки "Клаус"; II- очищенные газы в печь до-жига; Ш-выход серы; 1-ректификационная колонна; 2-резервуар насосов; 3-мешалка; 4-раствороотделитель

В состав второй очереди входила установка (У 13) дегазации и грануляции серы. Дегазация происходит за счет перемешивания серы погружными насосами и подачей аммиака. Грануляция производилась подачей жидкой серы в среду воздуха, где, застывая, сера превращается в гранулы.

Установка грануляции неоднократно готовилась к пуску, но из-за частых взрывов на установке и во избежание несчастных случаев так и не была пущена в работу.

Установки «Клин-Эр» дважды готовились к пуску (декабрь 1975г. и декабрь 1979г.). После двух попыток пуска коррозионный износ был настолько велик, что было принято решение отказаться от восстановительных работ.

В апреле 1984г. Оренбургским ГПЗ было выдано задание на проектирование установок доочистки отходящих газов по принципу сухого процесса «Сульфрен» (совместно с установками доочистки первой очереди ГПЗ).

Установки производительностью 20 тыс. т/год введены в эксплуатацию в 1990г.

Одной из особенностей установок Клауса второй очереди являлось также то, что вместо вюрой топки-подогревателя использовался теплообменник «газ-газ». Однако процесс регенерации катализатора был затруднен. Обобщив опыт эксплуатации установок Клауса, специалистами завода было принято решение заменить теплообменник «газ-газ» на топку-подогреватель с кислым газом, что позволило снизить сопротивление на пути технологических газов, увеличить пропускную способность установок с 19 до 26-28 тыс. м3/ч.

Оптимизация процесса Клауса первоначально была реализована по принципу системы с обратной связью.

В 1985 году была внедрена система оптимизации с обратной связью, предложенная фирмой «Elf.Equitaine» (Франция) на установках второй очереди.

Дальнейшая модернизация печей подогрева и печи реакции в настоящее время нецелесообразна в связи с тем, что концентрация сероводорода на установках Клауса второй очереди остается высокой.

В каталитических конвекторах второй очереди применяется как проектный импортный катализатор, так и отечественный.

Установки Клауса второй очереди обеспечивают максимальную степень конверсии по сравнению с другими очередями завода благодаря применению схемы Клаус процесса с тремя каталитическими реакторами.

4. Развитие процессов производства серы на третьей очереди Оренбургского ГПЗ

Производство серы на третьей очереди ОГПЗ первоначально состояло из двух установок; установки Клауса (У351) и установки доочистки хвостовых газов Клауса по методу «Сульфрен» (У355). Общая производительность установки Клауса 1У351/355 - 320тыс.т/год, степень конверсии установки Клаус-94,8%, Сульфрен - 92%, а общая степень конверсии обеих установок - 99,6%. Установка пущена в 1979 году. Сырьем установки Клауса являлся кислый газ после установок сероочистки с содержанием сероводорода 64-66%.

В процессе Клауса используется схема, состоящая из термической и двух каталитических.

В 1984 году на установке Клауса У351 проведены исследования системы оптимизации, предложенной фирмой «Elf.Equitaine» (Франция). Испытываемая система оптимизации технологического режима на III очереди ГПЗ работала устойчиво, обеспечивая стабилизацию соотношения H2S/S02 на уровне 2,16-2,22 ед., что позволяет получать среднемесячную степень конверсии 93-93,5%.

Промышленное освоение КГКМ, начатое в 1984 году, поставило задачу утилизации сероводорода из смеси кислых газов Оренбургского и Карача-ганакского месторождений на установке Клауса (У351) и Сульфрен (УЗ55) ОГПЗ. Оценка состава кислого газа с учетом коллекторной схемы его подачи показала, что с приемом газа КГКМ содержание сероводорода в ки-

слом газе уменьшилось с 64-68 до 48-51 об.(1988г). Изменились также количество и состав углеводородов в смеси кислых газов.

Эффективность процессов Клауса в значительной степени зависит от характера сгорания сероводорода и углеводородов в печи РГ. Чем меньше содержание сероводорода в кислом газе, тем более низкая температура достигается в печи РГ. При содержании сероводорода в кислом газе 65% температура в печи РГ 1200°С, а при содержании 51% температура 1000°С.

Проведенное обследование работы установки в 1988 г. показало значительное ухудшение горения кислого газа в печи реакции. При повышении в летнее время темпера(уры кислого газа до 54,4-65,8°С возрастает содержание в нем метанола, следовательно, углеводородов, паров воды. В смотровое стекло печи по цвету пламени видно, что в голове печи низкая Te.Mnepaiypa. Сероводород не успевает сгорать в печи и с технологическими газами уноси 1ся в конвертора, перегружая их.

Снижение степени конверсии для установок «Клауса» и «Сульфрен» связано, кроме того, с дезактивацией катализатора.

Это вызвано тем, что наибольшее количество газа КГКМ перерабатывалось на третьей очереди ОГПЗ.

После проведенных испытаний на первой очереди ОГПЗ, специалистами завода было принято решение применить на установке Клауса 1У351 технические решения по улучшению горения кислого газа в головной печи.

На трубу кислою газа в печи реакции 1V351F01 в 1989 году установлен конический стабилизатор горения. Горение в печи реакции стало идти ровнее, содержание сероводорода и диоксида серы в отходящих газах уменьшилось почти в два раза. Порог в печи реакции интенсифицировал перемешивание [азов и воспламенение их в голове печи. Печь реакции приблизилась к реактору идеального смешения.

Печь подогрева У351 F03 переведена на кислый газ и совместно с печью У351 F02 переоборудована на печи с форкамерными горелками и снабжены пережимами, что позволило сжигать кислый газ в печах подогрева в основном до паров серы, а не до диоксида серы. Соответственно в печи реакции увеличили удельный расход воздуха, улучшилась газификация тяжелых углеводородов, концентрация свободного кислорода в технологических газах снизилась до 0,2 %, что нормализовало работу установки доочистки отходящих газов У355 (Сульфрен).

Новое поколение катализаторов Клауса - это системы на основе диоксида титана - CRS- 31 (Франция), CRS - 3 (Япония), S - 708 (США), которые выгодно отличаются от алюмооксидных по конверсии COS и CS2 и по стойкости к сульфатному отравлению.

С целью разработки отечественного титаноксидного катализатора ВНИЖШГазом (г. Баку) в 1986-1987 гг.(руководитель темы Т.К. Ханма-медов) проведено систематическое исследование и предложена рецептура его приготовления на основе дешевого и доступного сырья - рудного концентрата Ярегского месторождения Коми АССР.

Опытно-промышленная партия титаноксидного катализатора была загружена в атомный отсек («колодец») промышленного конвектора У350 В04 ОГПЗ в количестве 0,4 м3 в августе 1989г.

В период испытаний наблюдалось некоторое снижение активности испытываемого катализатора по сравнению с промышленными образцами импортного производства. Это обусловлено отклонением физико-химических свойств опытно-промышленной партии титаноксидного катализатора от оптимальных величин.

Тем не менее конверсия сероводорода в процессе Клауса практически находилась на уровне равновесной, при этом предложенный титаноксид-ный катализатор превосходил по механической прочности французский аналог СЯ5 -31 .В табл.8 представлены результаты анализов технологического газа при испытаниях титаноксидного катализатора в автономном отсеке УЗ50 В04 ОГПЗ.

Таблица 8.

Анализ технологического газа при испытаниях титаноксидного катализатора, загруженного в 1У350 В04__

Вход % об. Выход % об. Конверсия

НзБ Б02 НгБ Б02

5.27 2.08 1.76 0.68 66

5.25 2.44 1.84 0.85 65

5.77 2.86 1.93 0.89 67

Титаноксидный катализатор обеспечивает проектную степень конверсии для первого каталитического реактора. Проведенные исследования и полученные при этом результаты являются весьма важным этапом решения актуальной проблемы отрасли - разработки отечественного катализатора.

В 1992 году на основании проекта, выполненного институтом Гипро-газочистка (Москва), была пущена в эксплуатацию 2У351/355, включающая в себя установку получения серы методом Клауса и доочистки отходящих газов по методу «Сульфрен» общей производительностью 30283 кг/ч и 1466 кг/ч.

В начале 1992 года установка Клауса 2У351 была подготовлена к пуску, однако пустить в работу реактор-генератор конструкции Техноэнерго-химпрома оказалось невозможным, и завод признал его неработоспособным.

В связи с этим заводом было принято решение реконструировать реактор по способу, предложенному ВНИИГазом и НИИОГАЗом с установкой двух встречных горелок. В проекте реконструкции, наряду с основными горелками, были предусмотрены горелки с форкамерами конструкции Г.И.Алимбаева. Впервые на ОГПЗ на установке 2У350 построен реактор с применением нового принципа создания двух встречных вращающихся пламен, взаимодействие которых в начале реактора должно обеспечить затухание вращения и создание на основной длине реактора режима идеаль-

ного вытеснения. Реактор обеспечивает взаимодействие кислого газа с воздухом в две стадии. Первая стадия - интенсивное смешение кислого газа с воздухом и осуществление экзотермической реакции кислородом. Вторая стадия - экзотермическая реакция взаимодействия сероводорода с диоксидом серы. При этом в первой части идет затухание вращающихся потоков, вытекающих из внешних горелок, а во второй части обеспечивается режим течения, близкий к идеальному вытеснению. Это позволяет эффективно использовать объем реактора и уменьшает время, необходимое для достижения 1ермодинамического равновесия.

Новый реактор был создан в результате реконструкции существующего реактора с тангенциальными горелками. Реконструкция была выполнена силами ОГПЗ. Новый реактор был пущен в работу в сентябре 1992 года. Достижение равновесия реакции было доказано прямым измерением расхода жидкой серы. При производительности по кислому газу 40 ООО м /г и содержании в кислом газе 51-52 % сероводорода расход серы составил 157 л в минуту. Степень конверсии реактора составила 61%, время контакта при этом составляет 1,1 секунду. В реакторе с тангенциальным факелом степень конверсии составляет 48%. Таким образом, новый реактор обеспечивает повышение степени конверсии на 30%. Уменьшение концентрации серы, поступающей на каталитические реакторы, привело к уменьшению температурного перепада по каталитическим реакторам. Суммарный температурный перепад уменьшился от 110-120 до 80-85°С. При максимальной производительности реактора 60 000 м3/ч перепад температур по каталитическим реакторам не изменился. Следовательно, при времени контакта 0,7 секунд термодинамическое равновесие также достигается термодинамическое равновесие. Обнаружено значительно меньшее содержание сероокиси углерода (COS) (табл. 9) в продуктах горения.

Таблица 9.

Анализ продуктов горения после термических реакторов ОГПЗ

Тип реактора Содержание SOC,%

С осевым факелом 0,9-1

С тангенциальным факелом 0,4

Новый 0,2

Повышение выхода серы в термической ступени на 30% приводит к снижению перепада температур в первом каталитическом реакторе на 3040 °С. Кроме того, уменьшение концентрации серы на выходе в первый конвектор позволяет несколько уменьшить температуру газа на выходе в реактор. То и другое приводит к повышению степени конверсии по установке Клауса на 1 -2 %.

Достигаемое уменьшение выбросов в окружающую среду диоксида серы по сравнению с реакторами с факельными горелочными устройствами может составить 30-50 %.

Перестройка факельных горелочных устройств с встроенными вихревыми горелками является несложным и недорогим мероприятием, которое дает заметный экологический и экономический эффект.

5. Решение проблемы повышения качества газовой молотой серы

На установках «Клауса» и «Сульфрен» получают жидкую и комовую серу, сбыт которой затруднен. Поэтому на заводе совместно со специализированными институтами был начат поиск процессов производства других видов товарной серы.

ВНИИГазом разработана технология производства газовой молотой ,

серы применительно к ОГПЗ.

При разработке технологии учитывали следующие факторы. К молотой сере предъявляются требования по ограничению содержания металлических примесей, влаге, летучих и пр. Исследован ряд аппаратов, исполь- 1 зуемых в промышленности для измельчения твердых веществ.

После анализа проведенных экспериментов на модельных аппаратах по измельчению в них газовой серы был выбран вариант с использованием струйно-роторной мельницы. Измельчение серы в таких мельницах происходит не за счет истирания серы о стенки аппарата, а за счет соударения частиц серы друг с другом в среде инертного энергоносителя. Это позволяет получить максимально чистый конечный продукт. Для опытно-промышленной установки рекомендован струйно-роторный измельчитель, позволяющий существенно снизить расход инертного газа в процессе по сравнению со струйным измельчителем, не снижая при этом основных характеристик получаемого продукта.

В настоящее время на территории ОГПЗ совместно с АО «Сера» создана опытно- промышленная установка получения ГМС мощностью до 5 тыс .т/год.

Примышленные партии серы прошли успешные испытания в лабораторных и опытных условиях в Научно-исследовательском институте шинной промышленности, Научно-исследовательском институте эластомер-ных материалов, на АО «Курскрезинотехника» и АО «Балаковорезинотех-ника», а также на Нижнекамском шинном заводе.

б.Решенис проблем охраны окружающей среды на Оренбургском ГПЗ

При переработке природного газа и производства серы из сероводорода высока вероятность выделения вредных веществ в окружающую среду. <

Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят установки получения серы. Через их дымовые трубы в атмосферу поступает от 89 до 95% общезаводского выброса. 5

Низкая эффективность работы установок доочистки отходящих газов газоперерабатывающего завода оказала негативное влияние на экологическую обстановку. Особенно неблагоприятная экологическая обстановка в районе ГПЗ сложилась в 1982-1987 годах (максимальные выбросы загрязняющих веществ в 1982 г. составили 131,58 тыс. т., в том числе БОг 129,65 тыс.т.).

В этот период газохимическим комплексом перерабатывалось около 48 млрд. м газа в год, при этом выбросы в атмосферу загрязняющих веществ превышали 100 тысяч тонн. Для нормализации экологической обстановки в районе ГПЗ требовалось принятие кардинальных мер по снижению выбросов диоксида серы.

Изучив опыт эксплуатации установок доочистки отходящих газов, НИИ предложили отказаться от применения на I и II очередях ГПЗ жидко-фазных процессов доочистки отходящих газов. В феврале 1984 года на отраслевом совещании принимается решение о необходимости реконструкции вышеназванных установок с применением «сухого» процесса «Сульфрен».

Завод приступил к техническому перевооружению установок доочистки отходящих газов. Одновременно с разработкой проектно-сметной документации осуществлялись демонтаж оборудования существующих установок и общестроительные работы.

Ввод в эксплуатацию установок доочистки отходящих газов позволил не только повысить степень конверсии сероводорода на установках доочистки отходящих газов с 64 % до проектной величины, но и снизить объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу до нормативных.

В 1991 году экологическая обстановка в районе ГПЗ нормализовалась. Средний уровень загрязнения атмосферы снизился до 0,26 ПДК (с 0,52 ПДКв 1987 г.).

Оптимизация технологических процессов получения серы в последующие годы позволила стабилизировать выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух на уровне 1992 года вплоть до 1995 года.

В табл. 10 представлена динамика среднегодовых уровней загрязнения атмосферного воздуха в контролируемой зоне в период проведения реконструкции и последующие годы.

Таблица 10.

Динамика среднегодовых уровней загрязнения атмосферного воздуха.

Годы Выбросы загрязняющих веществ (тыс.т.) SO: в % к валовым выбросам Уровень загрязнения атмосфе эы в долях ПДК

H2S SO, NO, СпНп СО

1 2 3 4 5 6 7 8

1988 101,860 90.4 0301 0,270 0,060

1989 72.640 87,2 0,210 0,201 0,070

1990 60.980 84.4 0,281 0,300 0,695 0,070

1991 38,749 83.1 0,165 0,230 0,683 0,059 0,186

1992 32.430 81.0 0,165 0,163 0,545 0.048 0,213

1993 29,062 81.1 0,165 0,170 0,452 0,043 0,287

1994 25,718 81.7 0,165 0,105 0,378 0,047 0,307

1995 50,453 42.0 0,186 0,128 0,343 0,059 0,345

1996 36,077 59,6 0,180 0.165 0,413 0,062 0,432

1997 30.603 70,0 0,159 0,147 0,458 0,051 0,384

1998 30,123 71.0 0,158 0,182 0,423 0,052 0,420

1 т 4 5 6 7 8

1999 34.282 65.0 0.195 0,147 0,517 0,048 0,400

2000 39.890 60.4 1 . . 0,189 0,129 0,642 0,038 0,382

Средние значения 0.204 0.219 0,504 0,053 0,336

В рассматриваемом периоде по массе выбросов Б02 продолжает оставаться основным загрязняющим веществом. Однако приоритетными , показа1елями по загрязнению атмосферного воздуха являются диоксид азота и оксид углерода, третьими и четвертыми по значимости загрязнения атмосферы являются загрязняющие вещества - диоксид серы и сероводород. Средние ходовые концентрации по этим веществам не превышали ПДК.

Данные ведомственного контроля свидетельствуют, что уровень загрязнения атмосферы в контролируемой зоне ГПЗ находится в пределах допустимых значений, и источники ГПЗ не оказывают существенного отрицательного воздействия на атмосферный воздух близлежащих населенных пунктов.

ВЫВОДЫ

1. Впервые с соблюдением хронологического порядка показаны этапы создания крупного газохимического комплекса по добыче и переработке природного газа с содержанием сероводорода до 3,93%. Выполнен анализ исторических и технических аспектов строительства и развития Оренбургского газоперерабатывающего завода (ОГПЗ) и процессов промышленного синтеза серы из сероводородосодержащего газа.

2. Впервые на основе анализа архивных материалов показано, что специалисты завода выявили технологические недочеты в проектах фирмы Женса (Франция) и совместно с ведущими институтами РФ внесли новые решения, позволившие создать высокоэффективную технологию производства серы и довести общую степень извлечения серы установок Клаус+Сулъфрен до 99,6%.

3. Впервые подробно проанализированы этапы реконструкции и совершенствования технологических процессов переработки природного газа как на ' уровне отдельных аппаратов, так и цехов в целом, позволивших в конечном

счете обеспечить стабильную работу ГПЗ, а также повысить производительность базовых установок Клауса с 19 до 28 тыс. м3 в час по кислому газу. (

4. Рассмотрены вопросы модернизации производства с целью перехода ГПЗ от выпуска комовой и жидкой серы к производству молотого продукта, обеспечивающие высокое качество.

5. Проанализированы экологические проблемы ГПЗ, достигшие предельной острогы в 1982 году вследствие выбросов в атмосферный воздух 131,58 тысяч тонн загрязняющих веществ. Подробно рассмотрены пути и методы их

решения, позволившие к 2001 году добиться снижения объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу до 39,89 тысяч тонн.

6. Обобщены материалы научных исследований и опыта работы ГПЗ, подробно показаны недостатки и преимущества организации основных стадий процессов синтеза серы на ГПЗ. Результаты работы могут быть использованы при создании оборудования и новых технологий на других предприятиях РФ, использующих в качестве сырья сероводородосодержаший природный газ.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Пантелеев Д.В., Морозов М.М., Биенко A.A. Проблемы связанные с очисткой природного газа от меркаптанов// Тезисы докладов материалов научно-технической конференции молодых ученых специалистов предприятия «Оренбурггазпром»: Оренбург, 1997.-С.23.

2. Гафаров H.A., Новоселов В.В., Сыромятникова Е.В., Исмаков P.A., Пантелеев Д.В. и др. Определение участков конденсатопроводов с пристенными отложениями // «Интервал» Передовые нефтегазовые технологии: Самара, 2000,- Вып.9.- С.25-27.

3. Гафаров H.A., Трынов A.M., Пантелеев Д.В. Обеспечение экологической безопасности в районе Оренбургского газоперерабатывающего завода //Проблемы экологии газовой промышленности: Науч.-техн. сб./ ИРЦ «Газпром» -М.,2001 .-Вып.2.-С.24-29.

4. Спиркин В.Г., Пантелеев Д.В. Исторические, технические и экологические аспекты создания и совершенствования производства серы на Оренбургском газоперерабатывающем заводе // Проблемы экологии газовой промышленности: Науч.-техн. сб./ ИРЦ «Газпром» -М.,2001.-Вып.3-С.16-

5. Гафаров H.A., Пантелеев В.П., Пантелеев Д.В. Задачи и основные технические решения по реконструкции системы производственного экологического мониторинга ООО «Оренбурггазпром» // Тезисы докладов одиннадцатой Международной деловой встречи «Диагностика - 2001» Тунис, апрель 2001.- Т. 4. - М.,2001 .-С.92-96.

6. Спиркин В.Г., Гараевская И.А., Пантелеев Д.В. Исторические и технические аспекты создания и развития производства серы на Оренбургском газоперерабатывающем заводе // Тезисы докладов второй Международной научно-практической конференции «Проблемы развития топливно-энергетического комплекса: экономика, политика, история» Москва, 25 апреля 2001,- М., 2001.-С.141.

21.

Д.В. Пантелеев

I - 7 6 1 О

Отпечатано с готового оригинал-макета ИПК "Газпромпечать",заказ №598 тираж 100 экз.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I История

ГЛАВА II.

Оренбургского создания и развития газоперерабатывающего завода

Развитие процессов производства серы на первой очереди Оренбургского газоперерабатывающего завода

ГЛАВА III. Развитие процессов производства серы на второй очереди Оренбургского газоперерабатывающего завода

ГЛАВА IV. Развитие процессов производства серы на третьей очереди Оренбургского газоперерабатывающего завода

ГЛАВА V. Решение проблемы повышения качества газовой молотой серы

ГЛАВА VI. Решение проблемы охраны окружающей среды на Оренбургском газоперерабатывающем заводе

ВЫВОДЫ

Актуальность темы. Сера является широко распространенным элементом, составляющим 0,1% земной коры. Формы, в которых она встречается, чрезвычайно многообразны: самородная сера, сульфидные и сульфатные минералы, сложные сероорганические соединения в нефти, сероводород, меркаптаны, сульфиды и гидросульфиды в природном и попутном газе и др.

Вероятное содержание серы в нефти и природном газе оценивается в 2* 109 т, т.е. в пять раз больше, чем запасы природной серы. В углеводородном сырье сера представлена в основном в виде сероводорода, меркаптанов и других сероорганических соединений. Сероводород- содержащие природные газы выявлены в семнадцати газонефтеносных бассейнах нашей страны, концентрация сероводорода в них колеблется от 0,015 до 26,5%. Преобладающая часть запасов таких газов сосредоточена в России (около 65%), Средней Азии и Казахстане (35%). Сырьевой базой для производства серы являются, как правило, газы с содержанием сероводорода не менее 1% об.

Основными производителями серы в мире считаются США, Канада, Польша, Мексика, Ирак, Франция и СНГ. На эти страны приходится около 70% мирового производства серы.

За последние 20 лет мировая структура производства серы из различного серосодержащего сырья существенно изменилась. Регенерированная (до 90% из сероводорода) сера составляет основную массу товарной продукции.

С пуском и освоением Мубарекского, Оренбургского, Астраханского и Тенгизского комплексов по добыче и переработке сероводородсодержащих газов и нефти возникла новая подотрасль - газохимическая, которая характеризуется глубокой комплексной переработкой углеводородного сырья с извлечением гелия, этана, пропан-бутана, серы, меркаптанов и получением моторных топлив. Мощность и количество установок получения серы из сероводорода возрастает, и к 2002 г. топливные отрасли стали производить до 50% всей серы, вырабатываемой отечественной промышленностью.

За 30 лет Оренбургский ГПЗ накопил огромный опыт в процессах получения элементарной серы из сероводородсодержащего сырья. На заводе производились опытно-промышленные испытания катализаторов, систем оптимизации процесса, реконструировались печи. Но этот опыт, представляющий огромный интерес для развития газохимической отрасли, оказался малоизученным, что сдерживает дальнейшее совершенствование промышленной технологии синтеза серы.

В своей работе автор показал становление и развитие процессов получения серы с момента пуска завода по настоящее время, особенности, недостатки существующих промышленных процессов и пути их преодоления.

Цель работы. Анализ исторических и технических аспектов создания и совершенствования процессов переработки сернистого природного газа и промышленного производства серы на Оренбургском газоперерабатывающем заводе.

Научная новизна. Впервые рассмотрено в историко-техническом аспекте развитие техники и технологии переработки кислых газов на Оренбургском ГПЗ с целью использования результатов работы, как в инженерной, так и в исторической науке.

Впервые проанализированы изменения качества используемого сырья и получаемых продуктов, изменения технико-экономических показателей производства в результате модернизации, реконструкции и замены технологического оборудования синтеза серы.

В работе рассмотрен опыт использования отечественных катализаторов на установках Клауса и Сульфрен.

Впервые выполнена оценка экологической эффективности внедрения природоохранных мероприятий по снижению загрязнения атмосферного воздуха в районе Оренбургского ГПЗ.

ВЫВОДЫ

1. Впервые с соблюдением хронологического порядка показаны этапы создания крупного газохимического комплекса по добыче и переработке природного газа с содержанием сероводорода до 3,93%. Выполнен анализ исторических и технических аспектов строительства и развития Оренбургского газоперерабатывающего завода (ГПЗ) и процессов промышленного синтеза серы из сероводородосодержащего газа.

2. Впервые на основе анализа архивных материалов показано, что специалисты завода выявили технологические недочеты в проектах фирмы Женса (Франция) и совместно с ведущими институтами РФ внесли новые решения, позволившие создать высокоэффективную технологию производства серы и довести общую степень извлечения серы установок Клаус+Сульфрен до 99, 6%.

3. Впервые подробно проанализированы этапы реконструкции и совершенствования технологических процессов переработки природного газа как на уровне отдельных аппаратов, так и цехов в целом, позволивших, в конечном счете обеспечить стабильную работу ГПЗ, а также повысить л производительность базовых установок Клауса с 19 до 28 тыс. м в час по кислому газу.

4. Рассмотрены вопросы модернизации производства, с целью перехода ГПЗ от выпуска комовой серы к производству жидкого и молотого продукта, обеспечивающие высокое качество.

5. Проанализированы экологические проблемы ГПЗ, достигшие предельной остроты в 1982 году вследствие выбросов в атмосферный воздух 131.58 тысяч тонн загрязняющих веществ. Подробно рассмотрены пути и методы их решения, позволившие к 2001 году добиться снижения объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу до 39,5 тысяч тонн.

6. Обобщены материалы научных исследований и опыта работы ГПЗ, подробно показаны недостатки и преимущества организации основных стадий процессов синтеза серы на ГПЗ. Результаты работы могут быть использованы при создании оборудования и новых технологий на других предприятиях РФ, использующих в качестве сырья сероводородосодержащий природный газ.

1. М.А. Менковский, В.Т. Яворский «Технология серы» - М., Химия, 1985 г., 326с.2. «Газовые и газоконденсатные месторождения» под редакцией И.П. Жабрева- справочник, М., Недра, 1983г., 373с.

2. В.Р.Грунвальд «Технология газовой серы»- М.; Химия. 1992., 272 с.

3. Р.Д. Маргулов «Освоение Оренбургского газоконденсатного месторождения» Строительство трубопроводов, 1970г., №6, с.5-6.

4. Г.С. Кравченко «Экономика СССР в годы Великой Отечественной войны» -М., Экономика, 1970г., с.105,114,139,244,270,271.

5. В. Ушаков «Оренбургский газ в дело» Комментарии пленума Ленинского РК КПСС г. Оренбурга - Южный Урал, 1971г., 14.03.

6. Н. Андреев «В степи под Оренбуржьем» — Строительная газета, 1971г., 19.03.

7. А. Коваленко «Ключ к богатствам» Южный Урал, 1971г., 13.07.

8. М.А. Мерзабеков «Оренбургский гигант» Советская Россия, 1971г., 27.07.

9. A.M. Воронов «Оренбургский газ» Южно-уральское книжное издательство, 1971г., 59с.

10. А.Е. Малахов «Размещение производственных сил Урала»; Сборник статей Свердловск, 1973г,128с.

11. A.M. Воронов «Вопросы экономической географии. Ученые записки» -Пермь, 1973г.

12. Е.М. Кирилова «Вопросы эффективности развития и размещения промышленности в крупном экономическом районе» Труды института экономики Уральского научного центра, Свердловск, 1973г.

13. А.Г. Зверев «Записки министра» -М., Политиздат, 1973г., с.22-28.

14. Е.Б. Айзенберг «Размещение производственных сил Урала»; сборник статей Свердловск,1974г.,121с.

15. К.Д. Наякасин «История индустриализации Среднего Поволжья»; сборник статей, 1974г., 541 с.

16. О.Цвирко «Оренбуржье: край индустриальный»- Блокнот агитатора-1974г., №23, с 28-32.

17. П.М. Беркович «Первая очередь Оренбургского газового комплекса» -Строительство трубопроводов, 1974г., №10, с.2-3.

18. Г. Куликовская «Очерк о строительстве Оренбургского газо-химического комплекса» Огонек, 1974г., №3, с.8-10

19. М.А. Сергеев «Размещение и комплексное развитие производственных сил Урала»; сборник статей Свердловск, УНЦ АН СССР, 1975г., 160с.

20. B.C. Черномырдин «Оренбуржье 75» - Челябинск, 1975г., с.45-50.

21. И.В. Мудрый «Экономический анализ разработки газовых и газоконденсатных месторождений» М., Недра, 1975г., 213с.

22. И.О. Халин «Оренбургский газ работает» Челябинск, 1976г., 144с.

23. В.Н. Абрамович, Ю.Ф. Вышеславцев «Технико-экономические показатели Оренбургского газохимического комплекса в первые годы эксплуатации» -М., 1976г., с.35.

24. О. Перелешина «Оренбургский комплекс» Блокнот агитатора, 1976г., №12, с.14-17.

25. Ю.Ф. Вышеславцев «Растет Оренбургский газовый комплекс» -Агитатор, 1976г., №12, с. 15-17.

26. А.В. Коваленко «Годы созидания» Челябинск, 1976г., с. 19-24.

27. Oilweek- vol. 26, № 49, 1976, р 39-40.

28. В. Крючков «Народное хозяйство области: цифры и факты».- Оренбург, Блокнот агитатора,1977г., №19, с. 1-15.

29. В.Б. Лещинский, А.В. Солодовников «Защита окружающей среды на объектах добычи и переработки природного газа» М., 1977г., с.35-43

30. О.Д. Чувылкин «Важнейшие промышленные новостройки РСФСР в десятой пятилетке» М., 1977г., с.19-21.

31. В.Н. Абрамович «Анализ экономических показателей разработки Оренбургского газоконденсатного месторождения» Экономика газовой промышленности, 1977г., №7, с.3-9.

32. В.А. Гордон, А.И. Тимашев «Определение запасов газа на Оренбургском месторождении»; Рефератный сборник, 1977г., №9, с.6-9.

33. А.Н.Лаврищев «Развитие территориально-производственных комплексов в десятой пятилетке» М., о-во «Знание РСФСР», 1978г., 64с.

34. Е.Н. Ильина, Л.Д. Уткина «Экономическая эффективность использования природного газа» -М., Недра, 1978г., 165с.

35. Г.М. Штыкалова «Оренбургский газ» Оренбург, 1978г., с.9.

36. Р.И. Вяхирев, В.И. Абрамович, O.K. Макаров, Г.С. Уринсон «Экономика, организация и управление в газовой промышленности» М., 1978г., 31с.

37. Ф.П. Подольских «Газовый исполин» Челябинск, 1979г., с.3-11.

38. O.K. Макаров, В.Н. Чельцов, М.Л. Фиш, Л.Ю. Фомина, Л.Н. Семенова «Проблемы добычи газа» М., 1979г., с.73-81.

39. В.Н. Абрамович, В.Д. Зубарева, Г.С. Уринсон «Технико-экономические показатели Оренбургского газохимического комплекса за 1974-1979гг.»; Рефератный сборник ВНИИЭгазпрома №10, 1979г., с.22-30.

40. Е.М. Герасимов, Ю.Ф. Вышеславцев «Сохранить чистоту воздушного бассейна Газовая промышленность №8, 1979г., с.36-37.

41. О.Ф. Худяков, В.В. Юшкин, В.А. Карчажкин «Проблемы добычи газа» М., 1979г., с.41-47.

42. В.В. Пятников «Развитие экономики области в 1959-1965 гг. Оренбург, Блокнот агитатора, 1980г., №24, с. 19-20.

43. Ю. Казмин «Адреса свершений» М., 1980г., с.204.

44. В.И. Щипилов «Основные направления совершенствования территориальной организации производственных сил Урала» -Свердловск, 1980г., с.11-18.

45. Л.А.Фокина «Территориальная организация производственных сил Южного Урала»; Межвузовский сборник научных статей; Т.244- Куйбышев, 1980г., с.3-11.

46. O.K. Чепляева, О.А. Изюмский, Е.Н. Катерина «Вопросы совершенствования территориальной организации хозяйства Урала» Пермь, 1980г., с.44-54.

47. Л.А.Фокина «Межвузовский сборник научных статей» Куйбышев, 1980г., Т244, с.3-11.

48. Б.И. Прогнимак «Экономия закон для каждого» - Челябинск, Южный Урал, 1980г., с.80.

49. J.F. Dongherty D.J. Morgan "Claus plant" Oil and Gas, vol. 26, № 5 1980, p 67 -70.

50. А.А. Алексеев, И.Ю. Зайцев, Ю.М. Корчажкин и др. «Газоконденсатная характеристика Оренбургского месторождения» Газовая промышленность, 1981г., №8, с.32-34.

51. А.В. Митюрин «Катализатор для гидролиза COS,CS2 , доклад фирмы «Rhone-Poulenk" на выставке «Химия 82», сентябрь 1982г.

52. В.И. Лазарев, Т.В. Онопко и др. «Промышленная и санитарная очистка газов» М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1982 г., №2, с21.

53. Б.В. Левшин «Советская наука в годы Великой Отечественной войны» -М., Наука, 1983 г., с257-260,267,278,290,297.63. "Sour gas from Russia's astrakhan will need special processes" Oil and Gas, vol. 21, №47, 1983, p 74-75.

54. НИИОГаз отчет "Повышение эффективности систем оптимизации установок получения серы по методу Клауса" Оренбург, 1984 г.,8с.

55. В.А. Щерба, И.И. Никитин «Структурно-географические изменения в населении и хозяйстве Среднего Поволжья и Южного Урала»- Куйбышев, 1985г., C39-46.

56. А.И. Гриценко, И.А. Галанин, Л.М. Зиновьева, В.И. Мурин «Очистка газов от сернистых соединений при эксплуатации газовых месторождений» -М., Недра, 1985г.,270с.

57. А.Т. Хрущев «География промышленности СССР» — 3е издание переработанное и дополненное М., Мысль, 1986г., 412с.

58. Г.Е. Панов, Л.Ф. Петряшин, Г.Н. Лысяной «Охрана окружающей среды на предприятиях нефтяной и газовой промышленности» М., Недра, 1986г., 24с.

59. М.Ш. Исламов «Проектирование и эксплуатация промышленных печей» -Л., Химия, 1986г., 271с.

60. В.Т. Лукьянов «Современные исследования Оренбургского края и исследователи» Тезисы докладов - Оренбург, 1987г., с 12-13.

61. А.И. Омельченко, Г.С. Уринсон «Обзор информации ВНИИ экономики, организации производства и технико-экономической информации в газовой промышленности» М., 1987г., с. 1-24.

62. Н.А. Талалаев, В.В. Васильев «Урал; стратегия прогресса» -Свердловск, книжное издательство «Средний Урал», 1987г., 189с.

63. А.Д. Бренц, С.М. Бирюкова, А.Г. Бордюгов «Методические указания по определению экономической эффективности природоохранных мероприятий в газовой промышленности» М., 1988г., 92с.

64. Автор-составитель Б.И. Лившиц «Газ страны советов» М., Недра, 1989., 336с.

65. А.С. Майорова, П.И. Рычков «О перспективах развития экономики Оренбургского края» Оренбург, 1989г., с.42-49.

66. В.А. Щерба «Из истории открытия Оренбургского газоконденсатного месторождения» Оренбург, 1989г., с.63-64.

67. Р.Ш. Ахметов, В.В. Кузнецов «Экономико-географические аспекты природопользования», сборник статей Саранск, 1990г., с.96-103.

68. Г.Ф. Фомин, В.А. Астахов «Контроль за воздухом на газоперерабатывающих комплексах» М., Недра, 1990г., с. 179.

69. А.А. Биенко, А.И. Бердников, Н.И. Вельмисов, М.Ф. Чехонин и др. «Технология переработки сероводородсодержащего природного газа и конденсата». Оренбург, 1990 г., с 197.

70. Н.К. Борисюк, В.А. Сивельнин «Материалы научно-практической конференции «Социально-экономические и географические проблемы развития производственных сил Оренбургской области» Оренбург, 1991г., с.51-54.

71. Б.П. Потапенко «Минерально-сырьевые и топливно-энергетические ресурсы Оренбургской области» Оренбург, 1991г., с.47-49.

72. А.И. Шкоряпкин «Совершенствование процессов переработки серо-водородосодержащего сырья на Оренбургском ГПЗ» Оренбург, 1991г., с. 125-126.

73. О.В. Цвирко «Материалы научно-практической конференции «Социально-экономические и географические проблемы развития производственных сил Оренбургской области» Оребург,1991г., с. 6-11.

74. А.И. Афанасьев, В.М. Стрючков, Н.И. Подлегаев, Н.Н. Кисленко и др. «Технология переработки природного газа»; Справочник-М., Недра, 1993., 152с.

75. Н.К. Байбаков «Вчера, сегодня, завтра нефтяной и газовой промышленности России» М., издание ИГ и РГИ, 1995г., 448с.

76. Г.А.Агаев, В.И.Настека, З.Д.Сеидов «Окислительные процессы очистки сернистых природных газов и углеводородных конденсатов» М.; Недра, 1996., 301с.

77. Технологический регламент ТР-2-18-97 процесса «Сульфрен» очистки отходящих газов производства серы методом Клауса первой очереди Оренбургского ГПЗ Оренбург, 1997г., 245с.

78. Технологический регламент TP 2-2-99 процесса Клаус первой очереди ГПЗ - Оренбург, 1999г., 325с.

79. Технологический регламент ТР-2-5-97 процесса Клаус второй очереди ГПЗ Оренбург, 1997г., 316с.

80. Технологический регламент ТР-07-08-2-11-97 процесса «Сульфрен» очистки отходящих газов производства серы методом Клауса на второй очереди ГПЗ Оренбург, 1997г., 215с.

81. Технологический регламент ТР-2-22-97 процесса Клаус и «Сульфрен» установки 1У350/355 на третьей очереди ГПЗ Оренбург, 1997г., 515с.

82. Технологический регламент ТР-2-20-98 процесса Клаус и «Сульфрен» установки 2У350/355 на третьей очереди ГПЗ Оренбург, 1997г., 525с.

83. В.А. Спейшер «Сжигание газа на электростанциях и в промышленности» издание 2е М., Энергия, 1967г., 249с.

84. Архивный документ ТО ГПЗ № 347 «Разработка форкамерного сжигания кислых газов» № государственной регистрации 0182.3.028642 - отчет промежуточный, Оренбург, ОПИ, 1986г.,91с.

85. Архивный документ ТО ГПЗ № 170 «Разработка форкамерного сжигания кислых газов» - отчет промежуточный, Оренбург, 1983г., 80с.

86. Архивный документ ТО ГПЗ № 305 «Разработка форкамерного сжигания кислых газов» № государственной регистрации 0182.3.02.86.42 - отчет промежуточный, ОПИ, Оренбург, 1985г., 108с.

87. R. Vermeersch Informations Chemie-1981г., №216/317, P. 163-168.

88. Пат. 1326404 Франции кл. СО 18, фирмы Societe Nationale des Petroles cTAguitaine.

89. M. Camass, P Zwilling "Hydrocarbon Processing " 1967r.,V.6, №4, p 117121.

90. I. F. Dongherty, D. I. Morgan "Oil and Gas " 1980r., V26, №5, p 67-70.

91. G. Taddart "Hydrocarbon Processing"-1981 г., V.60,№3, pl55-157.

92. П. Транше, JI. Блан «Недавние разработки процесса Клауса применительно к природным газам и газам нефтеперерабатывающих производств»- перевод № 1743, М., НИИОГАЗ, 1981г., 56с.

93. П. Грашне «Усовершенствование процесса Клауса для извлечения элементарной серы из природного и нефтезаводеких газов» «Information's Chemie», 1980г., №199, р145-169. "Переработка нефти и нефтехимия", №5, №24, 1980г.

94. В. Гоар "Повышение производительности установок Клауса путем обогащения воздуха кислородом" "Oil and gas Journal", 1985г., p. 39-41 (анг.). Серия: "Транспорт, переработка и использование газа в зарубежных странах", 1986г., №13.

95. Г. Фишер "Влияние конструкции горелки и топки на процессизвлечения серы" "Переработка углеводородов", сентябрь-октябрь 1974г.,с32-38.110. "Основы практической теории горения" под редакцией В.В. Померанцева- JL, Энергия 1973г., 380с.

96. Sulphur- 1988г.,№198, Р.24-39.

97. A. Levy E.L. Merryman "Combustion and Flame"- 1965. 9(3).229.

98. Г. Фишер «Процессы доочистки отходящих газов»- доклад на симпозиуме по технологии переработки природного газа, М., февраль, 1987г.

99. Е. Puhl, Н. Fischer "Chem. ind."- Dusseldorf, 1975г., №27, P. 379-383.

100. Архивный документ ТО ГПЗ №844 «Научно-техническое обеспечение эксплуатации опытно-промышленных партий отечественных катализаторов процесса Клауса и Сульфрен» - отчет о научно-исследовательской работе, ВНИИГАЗ, М., 1996г., 19с.

101. Архивный документ ТО ГПЗ № 574 «Разработать титансодержащий катализатор процесса Клауса на основе рудного концентрата Ярегскогоместорождения Коми АССР» отчет о научно-исследовательской работе, ВНИПИГаз, Баку, 1990г., 27с.

102. В.В. Николаев, Н.В. Бусыгина, И.Г. Бусыгин «Основные процессы физической и физико-химической переработки газа». М., ОАО «Издательство «Недра», 1998г., 184с.

103. ОАО «НИПИГАЗпереработка» отчет о научно исследовательской работе «Разработать технико-экономические соображения по эффективной эксплуатации системы «Промысел-ГПЗ-ГЗ» в условиях падающего пластового давления и отсутствие НТС» Краснодар, 1999г.

104. В.В. Ремизов, А.В. Водолагин, В.М. Вуколов, Е.В. Дедиков и другие «Газпром и современная экополитика» М., ИРЦ Газпром, 1999 г., С332.

105. Быстрых В.В., Боев В.М., Перепелкин С.В., Зебзеев В.В., Музалева О.В., Салихова JI.P. «Оценка риска техногенного воздействия в районе Оренбургского газоперерабатывающего завода» ОГМА, 2000, 19с.

106. Отчет ВНИИГАЗа «Отчет по результатам обследования работы установки 2У55 ОГПЗ» М., 2001г., 4с.

107. СОКРАЩЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ

108. ГХК газохимический комплекс. ГПЗ -газоперерабатывающий завод. ОГКМ - Оренбургское газо-конденсатное месторождение. ОГПЗ - Оренбургский газоперерабатывающий завод. ООО «Оренбурггазпром» - Общество с ограниченной ответственностью «Оренбурггазпром».

109. ПКО проектно-конструкторский отдел.

110. ПО «Оренбургтаззавод» Производственное объединение «Оренбурггаззавод».1. ТО технический отдел.

111. КГКМ Карачаганакское газо-конденсатное месторождение. КИП - Контрольно измерительные приборы. ЦЗЛ - Центральная заводская лаборатория.