Очистка технологических и отходящих газов производства элементарной серы от сероводорода тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.13 ВАК РФ

На правах рукописи

ПОДНШВАЛИН АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ОЧИСТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ ОТ СЕРОВОДОРОДА

Специальность 02.00.13 - нефтехимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Уфа - 1997

Работа выполнена в Отделе Фундаментальных исследований

Института проблем пефтехимпереработки Академии Наук РБ

Научный руководитель:

д.т.н., профессор

Исмагилов Ф.Р.

Научный консультант:

Д.Т.Н.

Теляшев Э.Г.

Официальные оппоненты:

д.т.н., профессор Хабибуллин P.P. д.ф.-м.н., профессор Спивак С.И.

Ведущее предприятие:

АО "Ново-Уфимский НПЗ"

Защита диссертации состоится 27 моня ] 997 года в 13— часов на заседании диссертационного совета К 063.09.01 в Уфимском государственном нефтяном техническом университете но адресу:

С диссертацией молено ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета. Автореферат разослан 27 мая 1997 года Ученый секретарь

450062, г.Уфа, ул. Космонавтов, 1.

дисссртациошшго совета:

Самойлов Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Увеличение доли высокосернистых нефтей, вовлекаемых в переработку в последнее время, влечет за собой рост выбросов в атмосферу сернистых соединений, преимущественно диоксида серы и сероводорода.

Высокие токсичные и коррозионные свойства сероводорода обуславливают необходимость специальной очистки выбросных газов нефтепереработки. С другой стороны, громадные запасы сернистых нефтей и пысокосернистых газов, содержащих высокие концентрации сероводорода, позволяют рассматривать их как один из основных природных источников получения газовой серы.

В отечественной и зарубежной практике методы очистки газов от сероводорода разделяются на три большие группы: абсорбционные, адсорбционные и окислительные. Окислительные методы очистки газа от сероводорода основаны на том, что сероводород является восстановителем и легко может быть окислен до элементарной серы, сульфитов и сульфатов, серной кислоты и двуокиси серы различными веществами. Методы адсорбции и абсорбции позволяют только концентрировать сероводород, извлеченный из очищаемого газа. Для получения товарных продуктов, содержащих серу, необходимо сочетание этих процессов с окислением сероводорода.

В настоящее время окисление концентрированного сероводорода до серы в промышленных масштабах осуществляется методом Клауса. Однако использование только одного метода Клауса не позволяет достаточно полно утилизировать серу и значительное ее количество сбрасывается в атмосферу в виде токсичных оксидов. Так, при производительности по сере 2000 т/сут. со степенью извлечения серы 95% теряется в течении года около 4x101 т серы или будет выброшено в атмосферу 8x104 т БОг. В мире насчитывается более 420 установок получения серы методом Клауса. Их общая фактическая производительность составляет более 20x106 т серы в год, т.е. около 50% всего промышленного производства серы. Как правило, проектная степень конверсии НгБ в серу на

двухступенчатых установках Клауса составляет 94-96%, снижаясь на практике до 90-92% при длительном использовании катализаторов. Степень конверсии на установках производства серы редко достигает проектных значений, поэтому процессы получения серы необходимо оборудовать установками очистки отходящих газов, повышающими степень конверсии Н25 в серу до 99-99.9%.

Перечисленные задачи подтверждают актуальность разработки процесса высокоэффективной очистки технологических и отходящих газов установок производства элементарной серы.

Выполненные исследования входят как пасть научно-исследовательских работ в рамках ГНТП "Нефтехимия. Химия новых веществ и материалов" и ГНТП "Экология Башкортостана: комплексные исследования" Академии наук Республики Башкортостан на 1993-95 г.

Цель работы. Исследование и разработка способа очистки технологических и отходящих газов установок производства элементарной серы прямым окислением сероводорода кислородом воздуха на гетерогсшюм блочном катализаторе сотовой структуры.

Основные задачи исследования:

- исследование прямого гетерогенно-каталшического окисления сероводорода кислородом воздуха в лабораторном и пилотном масштабе;

- определение влияния основных технологических параметров процесса: температуры, объемной скорости подачи сырья и времени работы катализатора на основные показатели процесса очистки отходящих газов установки получения элементарной серы на Ново-Уфимском НПЗ;

- разработка математической модели в виде системы дифференциальных уравнений с решением ее для условий проводимых экспериментов, позволяющей оптимизировать как размеры реакционного узла, так и условия ведения процесса по минимизации выбросов сернистых соединений;

- разработка промышленной технологической схемы очистки отходящих газов установок производства элементарной серы с учетом аппаратурного оформления;

- проведение опытно-промышленных испытаний процесса очистки отходящих газов установки производства элементарной серы на Ново-Уфимском НПЗ.

Научная новизна. В результате проведенных исследований определен оптимальный состав и геометрическая форма катализатора для окисления сероводорода кислородом воздуха в среде дымовых и отходящих газах с низким давлением. Установлены такие закономерности ведения процесса, как влияние технологических параметров на степень извлечения серы из отходящих газов (конверсия сероводорода и селективность по образованию элементарной серы).

На основе полученных результатов разработана новая схема ведения процесса получения элементарной серы с узлом очистки отходящих газов для условий нефтеперерабатывающего завода.

Практическая ценность. На основании выявленных закономерностей разработан технологический регламент на проектирование опытно-промышленной установки очистки отходящих газов производства элементарной серы мощностью 8000 нм3Лгас. По разработанному регламенту Башкирским СКТБ "Газнефтехим" была спроектирована опытно-промышленная установка для АО "Ново-Уфимский НПЗ". На основании проекта опытно-промышленная установка была изготовлена и смонтирована на АО "Ново-Уфимский НПЗ".

Результаты диссертационной работы применяются в учебном процессе кафедрой "Охрана окружающей среды и рационального использования природных ресурсов" Уфимского технологического института сервиса в дисциплинах: "Экологическое моделирование", Техника и технология защиты окружающей среды", "Промышленная экология".

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: научно-технических конференциях молодых ученых в г. Свердловске (1989, 1991 гг.), в г. Ленинграде (1991 г.), Всесоюзных совещаниях "Блочные носители и катализаторы сотовой струшуры" (г. Пермь 1990 г., г. Новосибирск 1992 г.), отраслевых совещаниях по проблемам и перспективам развития ПО "Томский НХК" (г. Томск 1991, 1992, 1994 гг.), Всесоюзной конференции "Проблемы комплексного освоения природных битумов и высоковязких нефтей" (г. Казань 1991 г.), Всесоюзной конференции "Создание экологически чистых регионов"

(г. Волгоград 1991г.), отраслевом совещании по вопросам перспективного развития ЛО "УНПЗ" (г. Уфа 1995 г.), Международной научно-практической конференции "Геоэкология в Урало-Каспийском регионе" " (г. Уфа 1996 г.), 2-nd European Thermal-Sciences and 14-th UIT National Heat Transfer Conference (Италия, Рим, 1996 г),.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 26 публикациях, в том числе в 6 статьях, одном авторском свидетельстве и двух патентах Российской Федерации.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений, изложена на 140 страницах с 18 таблицами и _27_ рисунками. Список использованной литературы содержит 126 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Первая глава посвящена анализу отечественной и зарубежной литературы и патентов в области каталитического окисления сероводорода на различных катализаторах с получением элементарной серы.

Установлено, что:

— гетерогенное каталитическое окисление сероводорода в серу является перспективным направлением в решении проблемы очистки газов от сернистых соединений;

- проблема утилизации сероводородсодержащих газов решается тремя путями: первое направление - очистка природного, нефтяного попутного газов и газов нефтепереработки без предварительного извлечения сероводорода из углеводородного газа; второе направление - использование реакции прямого окисления для утилизации концентрированного сероводорода; третье направление - применение реакции прямого окисления для очистки отходящих газов установки производства элементарной серы;

- наиболее важным этапом создания процесса прямого окисления сероводорода до серы является разработка катализаторов, которые должны отвечать как общим требованиям, предъявляемым катализаторам - высокая активность, стабильность, механическая прочность и термическая устойчивость, так и обладать специфическими свойствами, а именно селективно превращать сероводород в элементарную серу без образования сернистого ангидрида и других побочных продуктов; быть инертным по отношению к сере, углеводородам и не отравляться ими;

- наиболее полно указанным требованиям удовлетворяют катализаторы на основе окислов переходных металлов; высокая активность и стабильность таких катализаторов позволяет вести процесс при времени контакта в 4-5 раз меньше, чем по традиционной технологии Клауса, обеспечивая за счет этого резкое уменьшение металлоемкости и габаритов установок;

- процессы утилизации сероводородсодержащих газов с получением товарной серы методом прямого окисления могут применяться как в заводских условиях, так и на промыслах, не требуют дополнительного обслуживающего персонала, не имеют ограничений по климатическим условиям; процесс характеризуется отсутствием стоков и позволяет значительно сократить вредные выбросы в окружающую среду.

На основе анализа и обобщения литературных данных были сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе обоснован выбор объектов и методов исследования. В соответствии с задачами исследования в качестве сырья был выбрал отходящий газ с установки производства элементарной серы Ново-Уфимского НПЗ. В качестве катализаторов прямого окисления сероводорода испытывались специально созданные совместно с Институтом катализа СО РАН* монолитные блочные катализаторы сотовой структуры с разными носителями и активными компонентами типов ИК-30, ИК-40, ИК-44.

* Автор выражает благодарность д.х.к., профессору Исмагилову Зняферу Ришатовичу, зав. отделом Экологического катализа ИК СО РАН, под руководством которого проводились работы ио созданию высокоселекгивного блочного катализатора окисления сероводорода.

Определение составов исходного и реакционного газов проводилось двумя методами: стандартным методом для определения совместного присутствия сероводорода и диоксида серы в отходящих газах и специально разработанным методом на ГЖ-хроматографе; испытания катализаторов проводились в Институте катализа СО РАН по стандартным методикам.

Состав исходного газа представлен в табл. 1.

Таблица 1.

Физико-химические характеристики сырья

Отходящий газ Показатели с установки Клауса Ново-Уфимского НПЗ

Состав (% об.):

- азот 67.5

- кислород 0.1

- углекислый газ 2.0

- водяной пар 30.0

- сероводород 0.38

- диоксид серы 0.02

Температура, поступающего на

опытную установку, газа, °С 150

Давление, поступающего на опыт-

ную установку, газа, ати 0.4

Физико-химические свойства катализаторов и их геометрические размеры представлены в табл. 2.

Эксперименты проводились на специально созданной установке, смонтированной на территории установки по производству элементарной серы НовоУфимского НПЗ и подключенной к ее коммуникациям.

Экспериментальная установка позволяет обеспечить необходимый уровень проведения исследований, а выбранные методы исследования продуктов и катализаторов позволяют оценить их состав, качество и их измените в ходе исследований. Характеристики опытной установки представлены в табл. 3.

Таблица 2

Физико-химические свойства катализаторов

Параметр ИК-30 ИК-40 ИК - 44

Форма, сече1ше, Призма, гекс. Призма,гекс. Параллеп.

размер, мм Сторона 23 Сторона 23 Кв-т,75x75

Высота блока, мм 150 150 150

Размер канала, мм 2, квадрат 2, квадрат 2, квадрат

Толщина стенки, мм 0,5 0,5 0,7

Уд. поверхность, м2/г 10 60 60

Поверхность ед. объ-

ема, м^м3 1265 1265 888

Порозность, м3/м3 0,59 0,59 0,56

Кол-во капалов на 1

см2 17 17 9

Активный компо- нанесенный нанесенный массовый,

нент, носитель v2o5 v2o5 Ре20л,Сг203,

носитель - носитель - ZnO

керамика А1203

Таблица 3

Характеристики опытной установки

Опытная установка па Ново-Уфимском НПЗ Показатели

Производительность по очищаемому газу, м3/ч Объем катализатора, дм3 Пределы регулировать температуры в зоне реакции, "С 0.5-20 2 100-300

Третья глава посвящена исследованию реакции прямого окисления сероводорода, содержащегося в отходящих газах установки производства элементарной серы Ново-Уфимского НПЗ на блочных катализаторах сотовой структуры типов ИК-30, ИК-40 и ИК-44.

Были определены основные зависимости показателей процесса (суммарная конверсия сероводорода и селективность образования элементарной серы) от технологических параметров (температура процесса, время контакта реакционных газов с катализатором).

Эксперименты по парциальному окислению сероводорода проводились при следующих условиях: пределы изменения температур 130...300°С; время контакта реакционных газов с катализатором составляло 2.5...12 сек. для катализатора ИК-30 и 0.4...1.2 сек. для катализаторов ИК-40 и ИК-44; соотношение H2S/02 - 0.5.

Зависимости общей конверсии сероводорода и селективности по сере для всех образцов испытуемых катализаторов представлены на рисунках 1 и 2.

Как видно из приведенных результатов общей закономерностью является резкое падение селективности процесса (увеличение концентрации диоксида серы в отходящих газах) с увеличением времени контакта газовой смеси с катализатором. Однако, для каждого типа катализатора существует оптимальное время контакта, при котором удается добиться одновременной высокой суммарной конверсии сероводорода при практически 100%-ой селективности процесса в отношении образования элементарной серы.

Полученные результаты позволяют сделать выводы о применимости данных образцов катализаторов в промышленном процессе очистки отходящих тазов установки получения элементарной серы.

Катализатор ИК-30 при его высокой механической прочности обладает низкой пористостью, и, в следствие этого, низкими эксплуатационными свойствами (большое время контакта технологических газов с катализатором: 8-10 сек., что ведет к увеличению размеров реакционного оборудования).

Катализаторы ИК-40 и ИК-44 характеризуются высокой активностью. Однако, стоимость катализатора ИК-40 выше чем катализатора ИК-44. Поэтому для дальнейших промышленных испытаний был рекомендован катализатор ИК-44.

и

О 2 4 6 8 10 13

Время 1со1ггшгга, сек. --«- ИК-40, конверсия -е>- ПК 40, селективность -т- ЛИ 44, конверсия -V- ИК-И, селективность ИК-30, конверсия -е- ИК-30, селективлость

Рис. 1. Зависимость конверсии сероводорода и селективности процесса от времени контакта для разных типов катализаторов ось X1 - для катализаторов ИК-40, ИК-14 ось Х2- для катализатора ИК-30

100 200 220 240 2Б0

Темперапура,^

ЩС-44, конверсия V - ИК-44, севгктивность " ИК-40, конверсия а ИК-40, селеетивносп.

Рис.2. Зависимость конверсии сероводорода и селективности процесса от температуры для разных типов катализаторов.

Четвертая глава посвящена созданию математической модели каталитического реактора с блочным катализатором сотовой структуры. Были рассмотрены вопросы механизма каталитического окисления сероводорода на различных твердых катализаторах и соответствующие им кинетические закономерности. В результате анализа литературных и патентных источников были выбраны механизм реакции, предложенный Алхазовым Т.Г. и исходящий из предложения, что реакция каталитического окисления сероводорода протекает через взаимодействие адсорбированной на центре молекулы сероводорода с диссоциативно адсорбированной на центре молекулой кислорода, и соответствующее ему кинетическое уравнение.

То обстоятельство, что изучаемые процессы происходят на границе раздела твердой и газовой фазы, обусловило применение методов механики многофазных сред. Основываясь на этой теории была составлена математическая модель стационарного процесса окисления сероводорода при прохождении отходящих газов через блочный каталитический реактор сотового типа в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений:

г«-

ах а2Л2 а^

и замыкающего соотношения

?=р (2)

гдер'{- истинная плотность смеси газов; а,- объемное содержание .¡-ой фазы, Р, V - давление и массовая скорость газа, соответственно; Л2 - теплопроводность твердой фазы; 3- кинетика химического превращения; Т7- сила межфазного трения; 0- интенсивность теплообмена между фазами; '!] - температура j-ой фазы; с, - концентрация сероводорода в газовой фазе.

Для решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений (1), записанной в нормальной форме был разработан численный алгоритм на основе метода Дормана-Принса с автоматическим выбором шага, который, в свою очередь, был реализован в компьютерной программе для проведения численных исследований модельных уравнений.

На рис.3, представлено сравнение расчетной кривой с экспериментальными данными по зависимости степени конверсии сероводорода относительно исходной концентрации от времени контакта.

100.00

£ а.

о ¡4

75.00

50.00

25.00

0.00

0.00 0.20 0.40 0.60

Время контакта, с

о.во

Рис. 3. Сравнение расчетной кривой степени конверсии от времени контакта с экспериментальными данными (точки - экспериментальные дапные, сплошная линия - расчетные значения).

Как видно из рисунка, созданная математическая модель адекватно описывает процесс окисления сероводорода до элементарной серы с применением блочного катализатора сотовой структуры и позволяет оптимизировать термокаталитические реакторы в процессах окисления сероводорода.

В пятой главе дано описание промышленной схемы установки очистки отходящих газов процесса получения элементарной серы. По результатам пи-

лотных испытаний и модельных расчетов разработаны исходные данные на проектирование опытно-промышленной установки, которая была изготовлена и смонтирована на Ново-Уфимском НПЗ.

Принципиальная схема опытно-промышленной установки приведена на

рис. 4.

Оптимальные параметры технологического режима опытно-промышленной установки представлены в табл. 4.

Таблица 4

Оптимальные параметры технологического режима

Наименование стадий процесса, аппараты, показатели режима Единица изм. Допускаемые пределы технологических параметров

Расчетное Рабочее

Температура отходящего газа на

входе на установку °С 150 140-160

Температура отходящего газа на

выходе из топки-подогревателя П-1 °с 260 240 - 280

Температура в реакторе Р-1 °с 250 240 - 260

Температура газа на выходе из кот-

ла-утилизатора КУ-1 °с 150 140-160

Температура газа на выходе из от-

бойника серы °с 140 135-145

Давление отходящего газа на входе ати. 0.3 0.1 -0.5

на установку

Расход топливного газа в топку по- нм3/ч 20 15-25

до1ревателя П-1

Расход сжатого воздуха в топку нм3/ч 350 300-400

подогревателя П-1

"Новое оборудование и аппараты

Рис. 4. Принципиальная схема опытно-промышленной установки по очистке отходящих газов производства элементарной серы.

В связи со способностью элементарной серы, образующейся по реакции окисления сероводорода кислородом воздуха, конденсироваться и десублими-роваться из парогазовой реакционной смеси на стенках трубопроводов и газоходов узел реактора, узел конденсации серы и узел сероулавливания был спроектирован в виде одного аппарата, сократив до минимума расстояния между отдельными узлами. Реакторная часть аппарата выполнена в виде обечайки круглого сечения диаметром 1.6 м. Внутри аппарата устанавливаются друг на друга поддоны с катализатором, уложенным без зазоров.

В качестве конденсатора серы была взята средняя часть котла Г-105, предназначенная доя конденсации серы на термической ступени производства элементарной серы. В качестве сероуловителя был использован разработанный ПКО АО "НУНПЗ" аппарат, используемый на установке производства элементарной серы.

В качестве топки-подогревателя отходящего газа была взята промышленная печь подогрева реакционных газов после термической и первой каталитической ступеней установки производства элементарной серы.

Шестая глава посвящена опытно-промышленным ресурсным испытаниям образцов катализаторов ИК-44 на опытно-промышленной установке по до-очистке отходящих газов процесса получения элементарной ссры на НовоУфимском НПЗ.

На всех температурных режимах наблюдалось снижение концентрации сероводорода после реактора, причем не происходило увеличения концентрации диоксида серы в отходящих газах, что говорит о высокой селективности выбранного катализатора в "жестких" условиях влажной реакционной среды. Результаты анализов представлены в табл. 5. Однако в процессе испытаний не удалось достичь высоких степеней конверсии (>95%), наблюдавшихся в процессе длительных пилотных испытаний. Этот факт связан прежде всего с трудностями при подаче дополнительного количества воздуха необходимого для протекания реакции прямого окисления сероводорода, что в свою очередь

Таблица 5.

Результаты анализов технологических газов установки получения элементарной серы с блоком доочистки_

Расход кислого газа на "Клаус" м3/ч Расход воздуха, м3/ч Температура АР атм. Анализ газов % объемные

м/ду секциями печи Клауса I конвертор П конвертор Реактор

вход выход вход выход вход выход вход выход

1125 3100 400 370 350 255 235 285 0.28 * _ 0.35 H2S 1.65 S02

*# _ 0.30 H2S 2.00 S02

1125 2520 420 380 345 320 230 320 0.2 4.0 1.0 2.0 H2S 1.0 S02

5.2 1.2 2.3 H2S 1.2 S02

1187 2835 450 385 355 260 230 285 0.25 1.4 2.4 0.83 H2S 0.73 S02

0.7 1.4 0.1 H2S 0.44 S02

1550 3276 380 375 320 275 240 275 0.35 1.8 1.5 0.8 H2S 1.6 S02

1.74 0.69 0.46 H2S 0.7 S02

1700 3780 400 330 330 260 225 240 0.38 0.85 1.45 0.4 H2S 1.3 so2

1.0 1.2 0.4 H2S 1.2 S02

*) результаты химического анализа при совместном присутствии сероводорода и диоксида серы **) результаты хроматографического анализа

объясняется неудачным местом "врезки" воздушной линии (после воздушного клапана) т.е. основной газовый поток запирает поток воздуха. Таким образом катализатор обеспечивает протекание процесса по мере присутствия воздуха. Данный вывод подтверждают результаты анализов концентрации кислорода в общем газовом потоке до реактора, проведенными на приборе АРСЛ работниками опытно-исследовательского цеха; наблюдаемая конверсия сероводорода соответствует рассчитанной по стехиометрии реакции прямого окисления сероводорода. Изменение активности катализатора в зависимости от времени наработки представлено на рис.5.

100

о4

С* 80

«

о

Q* g 60

0

03

1 40

а го

<t>

о

-----

I Время контакта 0.5 сск. II

350

100 150 200 250 300 Температура, °С

Свежий 1000 час.-»-5000 час.

400

Рис. 5. Изменение активности катализатора в зависимости от времени наработки.

Как видно из приведенных данных образец катализатора проработавший 5000 часов потерял порядка 10% своей активности, а катализатор с временем наработки 1000 часов практически не изменил свою активность.

Результаты фазового и качественного рснтгеноспектрального анализа образцов катализатора ИК-44 с временем наработки 5000 часов представлены в табл. 6 и 7. Результаты испытания образцов катализаторов на прочность представлены в табл. 8.

Таблица 6.

Результаты фазового анализа образцов катализатора ИК-44.

Шифр образца Фазовый состав

ИК-44, центральный срез. ИК-44, "задний" торец ИК-44, "лобовой" торец Присутствуют фазы: - а-БЮг - твердый раствор а-(А1,Ре,Сг)2Оз - шпинель - фаза Ф-1, проявляющаяся шах = ё/п = 3.86Л это не Л12(804)з, 2п804, Ре2(804)з Аналогичен образцу №1, однако содержание фазы Ф-1 меньше в 2 раза. Аналогичен образцу №1, однако содержание шпинели уменьшилось примерно в 4 раза, содержание фазы Ф-1 увеличилось в 5 раз. Наблюдается образовать не менее двух новых фаз.

Таблица 7.

Результаты качественного рентгеноспектралыюго анализа

образцов катализатора ИК-44.

Шифр образца Макросодержание Микросодержание

ИК-44, исходный. ИК-44, центральный срез ИК-44, "задний" торец ИК-44, "лобовой" торец Zn, Бе, Сг, Са -"-, в -"-, Б Ва,гг,8гДЬ,К,Со,Тй8 п н

Следы: Си, № - фон прибора [Р, С1] - не обнаружены (п.о. 0.1%) [Вг, I] - не обнаружены (п.о. 0.01-0.001%) - не обнаружен (п.о. 1%) Определение А1 затруднено из-за наложения линий высших порядков отражения элементов пробы.

Таблица 8.

Результаты испытания прочности образцов.

Шифр катализатора Прочность катализатора ( параллельно оси экструзии ) МПа

ИК-44 (1000 ч) 4.0

ИК-44 (5000 ч) 4.0

ИК-44 4.2

Как видно из результатов анализа фазовый состав образца катализатора изменяется от "лобового" торца к центру блока. Появившиеся новые фазы не были идентифицированы, однако это не сульфаты и не сульфиды металлов катализатора. Содержание шпинели в "лобовом" торце снизилось примерно в 4 раза, а содержание не идентифицированных фаз возросло в 5 раз. Химический состав катализаторов практически не изменился, за исключением определения макросодержания элементарной серы, что объясняется конденсацией последней в порах катализатора.

По результатам анализа был сделан вывод о сохранении качествешюго элементного состава катализатора. Наличие макросодержания серы в отработанном катализаторе объясняется по-видимому конденсацией серы в процессе останова реактора.

Как видно из приведенных данных механическая прочность катализатора не претерпевает существенных изменений в процессе эксплуатации.

На основании получепных результатов было сделано заключспис о пригодности катализатора к дальнейшей эксплуатации.

Основные выводы 1. Найдены оптимальные параметры ведения процесса парциального окисления сероводорода на катализаторе ИК-44: температура 240-260°С, время контакта реагирующих газов с катализатором 0.6-0.8 с. Эти значения параметров ведения оптимального технологического режима были подтверждены опытно-

промышленными испытаниями и модельными расчетами. При ведении процесса в найденных оптимальных условиях степень конверсии сероводорода достигает значений 93-96% при селективности превращения сероводорода в серу 9698%.

2. Оптимизирован состав и структура гетерогенных катализаторов для ведения процесса парциального окисления сероводорода в технологических и отходящих газах низкого давления (0.15-0.5 ат. избыт.).

3. Продемонстрировано, что в процессе длительных испытаний (5000 часов) катализатор сохраняет высокую химическую стойкость к кислым компонентам газа (НгЬ, БОг, СОг), а также к действию водяного пара. Активность катализатора за этот период работы снизилась на 10%, механическая прочность катализатора практически не изменилась.

4. Составлена математическая модель каталитического реактора. Численные эксперименты для условий проведения пилотных и опытно-промышленных испытаний подтвердили адекватность построенных моделей. Расхождение между экспериментальными и расчетными значениями в стационарных условиях работы каталитического реактора не превышали 10-15 %.

5. Разработана промышленная схема очистки отходящих газов производства элементарной серы для условий нефтеперерабатывающих заводов.

6. Разработаны исходные данные и проект опытно-промышленной установки мощностью 8000 нм3/ч для АО "Ново-Уфимский НПЗ". В соответствии с проектом была изготовлена и смонтирована промышленная установка очистки отходящих газов производства элементарной серы. Проведенные опытно-промышленные испытания процесса очистки отходящих газов от сероводорода подтвердили высокую (до 95%) его эффективность.

Рекомендации

Рекомендуется промышленное внедрите процесса очистки технологических и отходящих газов от сероводорода на АО "Ново-Уфимский НПЗ".

Основное содержание работы изложено в публикациях:

1 Исмагилов Ф.Р., Баимбетова Е.С., Моисеев С.А., Подшивании A.B., Ма-ландин O.K. Новый процесс утилизации сероводородсодержащих газов на НПЗ.// Тез. докл. кон-ферснц. молодых ученых, г. Свердловск, УрО АН СССР, май, 1989 г. С. 20-21.

2 Подшивании A.B., Лагунцов Н.И., Исмагилов Ф.Р. Применение мембранных газораспределительных установок в процессах каталитического сжигания топлива и очистки отходящих газов.// "Блочные носители и катализаторы сотовой структуры", тез.докл. всесоюзного совещания, г. Пермь, апрель, 1990 г. С. 11-13

3 Везиров P.P., Теляшев Э.Г., Журкин О.П., Ларионов С.Л., Подшивалин A.B., Имашев У.Б. Применение блочных катализаторов для термокаталитической переработки нефтяных фракций с получением нефтехимического сырья.// "Блочные носители и катализаторы сотовой структуры", тсз-докл. всесоюзного совещания, г. Пермь, апрель, 1990 г. С. 14

4 Исмагилов З.Р., Фазлеев М.П., Хайрулин С.Р., Добрынкин Н.М., Исмагилов Ф.Р., Подшивалин A.B., Баранник Г.Б. Способ получения элементарной серы из сероводорода.// Авторское свидетельство СССР, № 1723716 от 11.03.90

5 Исмагилов Ф.Р., Добрынкин Н.М., Моисеев С.А., Подшивалин A.B., Хайрулин С.Р. Метод удаления сероводорода прямым окислением его в серу на твердых катализаторах.// Тез. докл. конференц. молодых ученых, г. Свердловск, УрО АН СССР, апрель, 1991 г. С. 23-24

6 Исмагилов Ф.Р., Добрынкин Н.М., Баимбетова Е.С., Подшивалин A.B. Принципиально новые процессы очистки технологических газов от сероводорода и меркаптанов.// Тез. докладов отраслевого совещания по проблемам и перспективам развития ПО "Томский НХК", г. Томск , май, 1991 г. С. 32-33

7 Подшивалин A.B., Казанцев A.B., Исмагилов Ф.Р. Очистка природных попутных нефтяных и технологических газов переработки высоковязких нефтей от меркаптанов.//"Проблемы комплексного освоения природных битумов и высоковязких нефтей". Тез. докл. всесоюзной конференции, г. Казань, июнь, 1991 г., С.155

8 Исмагилов Ф.Р., Добрынкин Н.М., Подшивалин A.B. Блочные катализаторы сотовой структуры с активным компонентом V2O5 в процессах серо-

очистки.// Тез. докладов конф. молодых ученых, Ленинградский технологический институт, г.Ленишрад, июнь, 1991 г. С. 55

9 Исмагилов Ф.Р., Павалихин П.Г., Баимбетова Е.С., Подшивалин A.B. Очистка отходящих газов с установки получения серы методом "Клауса".//"Нефтепереработка и нефтехимия" №11, 1991 г. С.53-55.

10 Исмагилов Ф.Р., Подшивалин A.B., Добрынкин U.M., Исмагилов З.Р., На-стека В.И., Белинский Б.И. Блочные катализаторы в процессах сероочистки огходящих технологических и углеводородных газов.// Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Блочные носители и катализаторы сотовой структуры", г. Новосибирск, апрель, 1992 г. С. 34-35

11 Исмагилов Ф.Р., Каспранская С.Г., Подшивалин A.B. Очистка отходящих газов с установки получения серы методом "Клауса".// Тезисы докладов 6-ого отраслевого совещания "Томский НХК", май, 1992 г. С.23-24

12 Исмагилов Ф.Р., Подшивалин A.B., Балаев A.B., Настека В.И., Слющснко С.А. Утилизация газов регенерации цеолитов в процессе очистки природных газов от меркаптанов.// "Газовая промышленность", №4, 1993 г. С.21-23.

13 Подшивалин A.B., Ковтуненко C.B., Теляшев Р.Г. Технология каталитической очистки серосодержащих газов окислением меркаптанов до дисульфидов.// Тезисы докладов 8-ого отраслевого совещания "Томский НХК" май, 1994 г.

14 Подшивалин A.B., Ковтуненко C.B., Исмагилов Ф.Р., Везиров Р.Р Технология каталитической очистки серосодержащих газов прямым окислением сероводорода до элементарной серы.// Тезисы докладов 8-ого отраслевого совещания "Томский НХК", май, 1994 г.

15 Подшивалин A.B., Ковтуненко C.B., Исмагилов Ф.Р., Везиров P.P., Ларионов С.Л. Технология очистки углеводородных газов прямым окислением меркаптанов и сероводорода па гетерогенном катализаторе. Тезисы докладов 8-ого отраслевого совещания "Томский НХК" май, 1994 г.

16 Исмагилов Ф.Р., Подшивалин A.B., Слющснко С.А. Способ очистки углеводородных газов от меркаптанов. // Патент РФ №2023486, опубл. в БИ №22,1994 г.

17 Подшивалин A.B., Хайрулин С.Р. Разработка высокоселективного катализатора окисления сероводорода.// Тезисы докладов I отраслевого совещания "Проблемы и перспективы развития Акционерного общества Уфим-

ский НПЗ", Уфа, 1995 г. С.40-41

18 Подшивалин A.B., Теляшсв Э.Г., Урманчеев С.Ф., Ахатов ИЛИ. Моделирование реактора окисления сероводорода.// Тезисы докладов 1 отраслевого совещшшя "Проблемы и перспективы развития Акционерного общества Уфимский НПЗ", Уфа, 1995 г. С.41-42.

19 Исмагилов Ф.Р., Навалихин П.Г., Подшивалин A.B. Способ получения элементарной серы.// Патент РФ №2056347 от 2.08.91 опубл. в БИ №8

20 Akhatov I., Imashev U., Telyashev E., Podshivalin A., Urmancheyev S. Simulation of Termocatalytic Reactor for oxidation of sulfiirated hydrgeu.// Proceeding of 2-nd European Thermal-Sciences and 14-th UIT National Ileat Transfer Conference, vol. 2.-1996.-Rome, Italy.-P.891-897

21 Подшивалин A.B., Теляшев Э.Г., Урманчеев С.Ф. К математическому моделирований монолитных катализаторов сотовой структуры.// Башкирский химический журнал, т. 3, №3, С. 43-48

22 Подшивалин A.B., Теляшев Э.Г., Хайрулин С.Р., Исмагилов З.Р., Сайфу-лин Н.Р., Навалихин П.Г. Опыт промышленной реализации технологи доочистки отходящих газов процесса получения элементарной серы на блочных катализаторах сотовой структуры.// "Нефтепереработка и нефтехимия", М.: ЦНИТЭНефтехим. - 1996, №7-8, С. 19-21

23 Ахатов И.Ш., Гареев Р.Г., Михайленко К.И., Урманчеев С.Ф., Подшивалин A.B. Теоретическое моделирование физико-химических процессов на монолитных катализаторах.// "Нефтепереработка и нефтехимия", М.: ЦНИТЭНефтсхим. - 1996, №7-8, С. 56-58

24 Подшивалин A.B., Урманчеев С.Ф. Расчет и оптимизация каталитического реактора сагового типа для процесса доочистки отходящих газов производства элементарной серы.// Тезисы докладов международной научно-практической конференции "Геоэкология в Урало-Каспийском регионе",

20.03.96

Ч.1., Уфа, 1996 г., С. 61-63

Соискатель

Подшивалин A.B.

Фонд содействия развитию научных исследований Лицсизия ЛР № 030678 от 22.01.96 Печ. листов 1,0.Тираж 100 экз. Заказ 12. Отпечатано по методу ризографии.