Модернизация установки производства серы методом Клауса, путем обогащения подаваемого воздуха кислородом

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические аспекты получения серы из сероводородсодержащих газов в отечественной промышленности

1.1. Химизм и термодинамика реакций окисления сероводорода в процессе Клауса

1.2. Современное состояние и структура производства серы на предприятиях РФ

1.3. Нормативное регулирование эксплуатации установок газопереработки согласно стандартам Ростехнадзора

Глава 2. Анализ функционирования действующей технологической линии получения серы

2.1. Характеристика сырьевой базы и требования к качеству технической серы по ГОСТ 127.1

2.2. Описание существующей технологической схемы и основного аппаратурного оформления

2.3. Оценка ограничений производительности установки при использовании атмосферного воздуха

Глава 3. Технологические решения по модернизации установки методом кислородного обогащения

3.1. Расчет материального баланса процесса при интеграции кислородного дутья

3.2. Выбор оптимальной степени обогащения и расчет температурных режимов реакционной печи

3.3. Мероприятия по обеспечению промышленной безопасности при внедрении кислородной технологии

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Модернизация установки производства серы методом Клауса, путем обогащения подаваемого воздуха кислородом

ВВЕДЕНИЕ

Производство элементарной серы из сероводородсодержащих газов представляет собой одно из стратегических направлений российской газоперерабатывающей и нефтехимической промышленности. В условиях ужесточения экологических требований и необходимости повышения экономической эффективности переработки углеводородного сырья модернизация действующих установок Клауса приобретает особую актуальность. Традиционные схемы производства серы, основанные на использовании атмосферного воздуха в качестве окислителя, характеризуются рядом технологических ограничений, снижающих производительность установок и степень извлечения серы. Обогащение дутья кислородом позволяет интенсифицировать процесс окисления сероводорода, увеличить пропускную способность реакционных печей, снизить объем отходящих газов и повысить концентрацию диоксида серы, что создает предпосылки для повышения общей эффективности процесса [3, c. 45].

Степень разработанности проблемы в отечественной научно-технической литературе достаточно высока. Вопросы интенсификации процесса Клауса рассматривались в работах специалистов РХТУ им. Д.И. Менделеева, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, а также научно-исследовательских институтов газовой промышленности. Значительный вклад в развитие технологии переработки сероводородсодержащих газов внесли отечественные ученые и инженеры, работающие на крупнейших газоперерабатывающих предприятиях ПАО «Газпром» и его дочерних обществ. Однако практические аспекты внедрения кислородного дутья на действующих установках требуют дополнительной проработки с учетом конкретных производственных условий и требований промышленной безопасности [12, c. 78].

Цель курсовой работы — разработка технических решений по модернизации установки производства серы методом Клауса путем обогащения подаваемого воздуха кислородом.

Задачи курсовой работы:

• изучить теоретические основы процесса Клауса и современные подходы к интенсификации производства серы;
• проанализировать технологическую схему и производственные показатели действующей установки;
• выполнить материальный баланс процесса при интеграции кислородного дутья;
• определить оптимальную степень обогащения воздуха кислородом и рассчитать температурные режимы;
• разработать мероприятия по обеспечению промышленной безопасности модернизированной установки.

Объект исследования — установка производства серы методом Клауса газоперерабатывающего предприятия.

Предмет исследования — технологические параметры процесса окисления сероводорода при использовании кислородно-воздушного дутья.

Методологическая база исследования включает теоретические положения химической технологии неорганических веществ, методы материального и теплового баланса химико-технологических процессов, термодинамический анализ реакций окисления сероводорода, а также нормативно-техническую базу, регламентирующую эксплуатацию газоперерабатывающих установок согласно требованиям Ростехнадзора и действующим стандартам качества технической серы.

Научная новизна работы заключается в комплексном подходе к оценке эффективности кислородного обогащения применительно к конкретным условиям действующего производства с учетом ограничений существующего аппаратурного оформления.

Теоретическая значимость состоит в систематизации данных о влиянии состава дутья на кинетику и термодинамику реакций процесса Клауса. Практическая значимость определяется возможностью использования полученных результатов для повышения производительности и экологической безопасности газоперерабатывающих предприятий Российской Федерации.

Структура работы: курсовая работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Первая глава посвящена теоретическим аспектам получения серы из сероводородсодержащих газов. Во второй главе проведен анализ функционирования действующей технологической линии. В третьей главе представлены технологические решения по модернизации установки.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРЫ ИЗ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ В ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.1. Химизм и термодинамика реакций окисления сероводорода в процессе Клауса

Процесс Клауса представляет собой основной промышленный метод получения элементарной серы из сероводородсодержащих газов, образующихся при переработке природного и попутного нефтяного газа, а также при гидроочистке нефтяных фракций на нефтеперерабатывающих заводах. История развития технологии Клауса в России насчитывает несколько десятилетий. Первые установки были введены в эксплуатацию в 1960-1970-е годы на газоперерабатывающих заводах Оренбургской области и Западной Сибири в связи с освоением крупных месторождений природного газа с повышенным содержанием сернистых соединений. Современные установки Клауса в Российской Федерации характеризуются высокой степенью автоматизации и соответствуют требованиям экологической безопасности, установленным Федеральным законом № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» и Федеральным законом № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [1, c. 23].

Химическая основа процесса Клауса заключается в термическом и каталитическом окислении сероводорода кислородом воздуха. На первой стадии в реакционной печи при температуре 900-1400 °С протекает термическое окисление части сероводорода до диоксида серы и элементарной серы. Основная реакция термической секции описывается уравнением полного окисления сероводорода кислородом: H₂S + 3/2 O₂ → SO₂ + H₂O, ΔH = -518 кДж/моль. Одновременно происходит частичное прямое окисление сероводорода до элементарной серы: H₂S + 1/2 O₂ → S + H₂O, ΔH = -222 кДж/моль. Соотношение продуктов термической секции зависит от температуры, времени пребывания газовой смеси в высокотемпературной зоне и соотношения реагентов. При оптимальных условиях в печи происходит окисление примерно одной трети поступающего сероводо

…