Газовая сера и серная кислота


Серная кислота среди минеральных кислот по объему производства и потребления занимает первое место, ее мировое производство составляет около 160 млн т/год, а азотной кислоты - около 60 млн т/год (второе место). Это объясняется тем, что серная кислота - одна из самых сильных и самая дешевая из всех кислот. Применяется для получения минеральных удобрений, разных солей, кислот, взрывчатых веществ, красителей, химических волокон, в металлургии, в процессах очистки нефтяных топлив и масел и др.

Производят серную кислоту через диоксид серы S02 из элементарной серы или из серосодержащих соединений (сероводород, железный колчедан и др.).

Одним из основных технологических блоков ГПЗ, перерабатывающих сероводородсодержащие углеводородные газы (кислые газы), является производство газовой элементарной серы (наиболее чистой среди разных способов ее получения). Сера кристаллическая имеет плотность около 2000 кг/м3, газовая сера содержит не менее 99,98 мае. % основного вещества, золы - не более 0,02, органических веществ - не более 0,01, воды - не более 0,02, сероводорода - до 0,0001 в мае. %. Около 50 % серы идет на производство серной кислоты, 25 % - на производство сульфитов для бумажной промышленности, остальное количество - на борьбу с болезнями растений, для вулканизации резины (после модификации серы), синтеза красителей и др. Сера - стратегический товар для каждой развитой страны, мировое производство серы в 2005 г. составило около 64 млн т, в том числе из нефти и газа -20 млн т. Наибольшее количество серы производят США (14 млн т/год), Россия (9 млн т/год) и Канада (8 млн т/год). В России из природного газа получают примерно 60 % всей отечественной серы. Так, в Оренбургском и Астраханском газоконденсатных месторождениях в сумме получают 4,5 млн т/год серы (примерно 7,5 % мирового производства).

Сероводород H2S (выделенный из углеводородных газов в процессе их очистки) двухстадийно окисляется через диоксид серы S02 до элементарной серы согласно методу Клауса (патент 1882 г., русский ученый-химик Карл Клаус, 1796-1864 гг.). В настоящее же время эксплуатируются десятки модифицированных и усовершенствованных вариантов процесса Клауса в зависимости от содержания сероводорода в кислых газах. Например, процесс протекает в две и более ступени: термическая ступень - горение H2S в воздухе при 900-1200 °С с образованием S02, каталитическая ступень (конверторы) с применением разных катализаторов на базе активированного оксида алюминия, температура рабочая 220-320 °С, степень конверсии на этой ступени H2S в серу 58-63 %. Лучшие зарубежные катализаторы CKS-31 и CKS-32, которые содержат более 85 % диоксида титана (ТЮ2). Совершенствование процесса Клауса состоит, в частности, в комбинировании его с очисткой хвостовых (газовых отходов) газов от сероводорода и других сернистых соединений таким образом, что сам процесс Клауса суммарно поглощает 94-96 % кислых соединений и оставшиеся 4-6 % сернистых веществ необходимо дополнительно удалять различными другими процессами доочистки хвостовых газов (их более 50) вплоть до 99,9 %. Однако процесс Клауса - многостадийный, громоздкий, энергоемкий и экологически несовершенный. Его приходится дополнять процессом доочистки отходящего газа, а это еще более его усложняет.

Наиболее распространенным процессом доочистки отходящих газов является процесс «Sulfreen» (Сульфрен) фирм «Lurgi AG» (Германия) и «Elf Aquitaine» (Франция); существуют различные версии этого процесса. Этот процесс очень гибкий по производительности, число реакторов - от 3 до 6, процесс позволяет достигать степени извлечения серы 99,9 %. Такие же результаты достигаются процессом «Clauspol» фирмы «Prosernat IFP» (Франция), а процесс «SuperScot» фирмы «Shell» гарантирует извлечение серы до 99,95 %. Фирмой «Linde AG» (Германия) разработан новый вариант процесса Клауса, названный процесс «Клинсалф», который имеет три ступени каталитической конверсии газа и позволяет довести суммарную конверсию сероводорода почти до 100 %. Удачным альтернативным решением получения серы считается также процесс «Richard Sulfur Recovery Process» (процесс «RSRP») фирмы «Amoco Canada Petroleum». Окисление сероводорода - одноступенчатое на катализаторе, орошаемом жидкой серой при давлении 0,5-2,1 МПа. Сконденсированную серу используют в качестве хладоагента, что исключает внешнее охлаждение. Конверсия сероводорода в этом процессе примерно 99 %, что не требует дополнительной доочистки отходящих газов. Процесс «RSRP» гораздо дешевле (в 1,5-2 раза) самых усовершенствованных процессов Клауса.

Безводная серная кислота H2S04 - тяжелая маслянистая бесцветная жидкость, смешивающаяся с водой в любом соотношении, ее плотность 1920 кг/м3, температура кристаллизации 10,7 °С, температура кипения 296,2 °С. Концентрированная серная кислота (84-92, 96-98, 100 % - олеум) реагирует почти со всеми металлами, образуя соли - сульфаты. Олеум представляет собой сильнодействующее ядовитое вещество, перевозят его в специальных вагонах-цистернах объемом 32 и 37 м3 (60 и 63 т продукта). При получении серной кислоты из элементарной серы (около 46 % производства кислоты) серу сжигают в циклонной печи для получения диоксида серы S02, потом S02 каталитически окисляют до триоксида серы (сернистого ангидрида) S03, который абсорбцией водой поглощается для получения жидкой серной кислоты, концентрировать которую до олеума при абсорбции S03 удается поглотителем -серной кислотой высокой концентрации (98,3 %).

При получении серной кислоты из сероводорода (около 4 % производства кислоты) его сжигают до получения S02, подобно газообразному топливу, оборудование для сжигания H2S проще, чем для сжигания серы. Диоксид серы S02 каталитически окисляют до S03, который абсорбционным поглощением дает серную кислоту. Такая кислота, полученная из сероводорода, наиболее дешева среди других способов ее производства. Газовая сера производится обычно на ГПЗ или на крупных газохимических комбинатах (заводах), например на Астраханском ГПЗ, Оренбургском ГХК и др.

Сера и серная кислота из сернистых соединений нефти производятся и на НПЗ. Получение серной кислоты на НПЗ осуществляется с помощью процесса мокрого катализа, состоящего из трех процессов: сжигания сероводорода, поступающего с установки очистки заводских углеводородных газов, каталитического окисления образующегося S02 в S03 и абсорбционного образования серной кислоты. Сероводород сжигается в топке котла-утилизатора, выделяющееся тепло реакции используется для выработки водяного пара давлением около 4 МПа и температурой 360 °С. На НПЗ элементарная сера из сероводородсодержащего газа получается путем его сжигания при температуре 1100-1300 °С, при этом происходят реакции окисления, из реакционных газов, охлажденных до температуры 150-160 °С, сера выделяется при ее конденсации.




Вы можете скачать файл реферат "Газовая сера и серная кислота" курсовую работу абсолютно бесплатно. Скачивая файл, помните, что он служит основой для самостоятельной работы.

Чтобы получить полную информацию, подпишись на нас Vk.com/enciklopediyatehniki