способ управления процессом восстановления кислородсодержащих сернистых газов

Формула изобретения

Способ управления процессом восстановления кислородсодержащих сернистых газов природным газом, включающий переработку восстановленных газов методом Клауса с получением серы, определение содержания сернистого ангидрида в технологическом газе и состава восстановленных газов, отличающийся тем, что в поток технологического газа, предварительно смешанного с кислородсодержащим газом (воздухом или техническим кислородом), подают природный газ непосредственно перед восстановлением, измеряют расходы природного и кислородсодержащего газов, определяют содержание сероводорода и сернистого ангидрида в газе перед стадией Клауса, измеряют температуру газов в реакционной зоне реактора восстановления, в зависимости от знака и величины разности текущей температуры восстановления и заданной пропорционально корректируют расход кислородсодержащего газа и природного газа и одновременно пропорционально разности между текущим и заданным значениями соотношения компонентов сероводорода и сернистого ангидрида в зависимости от знака разности корректируют расход природного и кислородсодержащего газов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области управления процессом восстановления кислородсодержащих сернистых газов углеводородным газом или другим углеродсодержащим восстановителем с получением элементарной серы и может быть использовано в цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Известен способ управления процессом получения серы, основанный на стабилизации температуры газа, поступающего в реактор восстановления (патент США N 3653833, кл. 23-26, Allied Chemical Co). Необходимая температура газа в реакционной зоне поддерживается за счет того, что технологический газ перед реактором проходит камеру с инертным материалом, предварительно нагретым горячим газом после реактора. Инертный материал в камере по мере прохождения холодного газа охлаждается, после чего подача в нее холодного газа прекращается и осуществляется "реверс" газового потока, т.е. в камеру в противоположном направлении подают горячий газ после реактора восстановления для повторного разогрева инертного материала. Таким образом, камера работает как регенеративный теплообменник.

Недостатком способа является трудность стабилизации температуры газа в реакторе из-за сложности и несовершенства системы распределения газовых потоков. Кроме того, этот способ управления можно использовать для переработки газов при относительно стабильном содержании кислорода (1-1,5%).

Наиболее близким предлагаемому по технической сущности является способ автоматического управления процессом восстановления сернистых газов природным газом (А.с. N 1125187, кл. C 01 B 17/02, 5.11.82) путем подачи природного газа и окислителя на сжигание и регулирования температуры в реакторе в зависимости от расхода и температуры сернистых газов, подаваемых на восстановление. Причем температуру в реакторе регулируют изменением расхода природного газа, подаваемого на сжигание, в зависимости от содержания кислорода в сернистых газах.

Данный способ управления имеет существенные недостатки, которые выявились при промышленном внедрении процесса:

недостаточно высокий выход серы из-за трудоемкости перемешивания топочных газов, полученных от сжигания природного газа, с сернистым ангидридом и невозможности поддержания стабильной температуры во всем объеме реактора;

сложность процесса управления из-за необходимости регулирования расходов природного газа, подаваемого на сжигание, а так же расходов сернистого ангидрида и природного газа, подаваемого на восстановление, т.е. необходимо обеспечивать стабильный режим работы двух форм, что является сложным при работе реактора в реальных условиях при значительных колебаниях концентрации сернистого ангидрида.

Целью изобретения является увеличение выхода серы и упрощение процесса управления.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа, существо которого заключается в одновременном регулировании температуры в реакторе восстановления и состава восстановленного газа. Эти два параметра связаны, т. к. изменение одного, например, температуры в реакторе за счет изменения подачи кислорода, вызывает отклонение от заданного состава восстановленного газа. Поэтому необходимо рассматривать данный способ не разделяя два контура регулирования, которые дают эффект только в совместном использовании, т.к. их сочетание обеспечивает эффективное управление процессом получения серы. В предлагаемом способе температура регулируется изменением расходов кислорода и природного газа, а состав восстановленного газа изменением только расхода природного газа. Такое сочетание контуров регулирования обеспечило эффективное управление процессом в промышленном масштабе.

Представленная схема включает: реактор 1, в который по газоходу 2 с расходомером 3 подается технологический газ, расходомер 4 на линии подачи природного газа, исполнительный механизм 5 для изменения подачи природного газа, датчик температуры и регулятор температуры 7 в реакционной зоне реактора 1, расходомер 8 на линии подачи технического кислорода в газоход 2, исполнительный механизм 9 для изменения расхода технического кислорода, датчик 10 состава восстановленного газа, регулятор состава 11, каталитический аппарат 12 для переработки восстановленных газов и конденсатор серы 13, стадия Клауса 14.

Способ осуществляется следующим образом. В реактор 1 по трубопроводу 2 полается технологический газ, содержащий сернистый ангидрид, кислород, углекислый газ, водяной пар и азот. В поток технологического газа или реактор вводится природный газ и технологический кислород. При изменении концентраций SO₂ и O₂, содержащихся в исходном технологическом газе на входе в реактор 1, нарушается соотношение CH₄:SO₂ и соответственно изменяется температура в реакционной зоне реактора 1. При этом сигнал от датчика температуры 6 поступает на регулятор 7 с заданным значением температуры 1200-1300^oC при высокотемпературном процессе получения серы или 850-1100^oC при каталитическом варианте. Регулятор 7 формирует сигнал разности между текущим значением температуры восстановления и заданным и, в зависимости от знака и величины полученной разности, вырабатывает корректирующий сигнал на увеличение или уменьшение расхода технического кислорода и природного газа, вводимых в технологический газ перед входом в реактор пропорционально величине этой разности. Корректирующий сигнал от регулятора температуры 7 поступает на исполнительный механизм 9, который с помощью клапана изменяет подачу технического кислорода в газоход 2 технологического газа.

Одновременно корректирующий сигнал от регулятора температуры 7 поступает на исполнительный механизм 5 для изменения расхода природного газа. Изменение расходов технического кислорода и природного газа, которые контролируются расходомерами 8 и 4, вызывает соответствующее изменение состава восстановительного газа. Сигнал от датчика 10 состава восстановленного газа, который устанавливается за конденсатором серы 13 перед стадией Клауса или непосредственно за конденсатором после стадии Клауса, поступает на регулятор состава 11, поддерживающий заданное соотношение H₂S:SO₂=2:1.

Регулятор 11 формирует сигнал разности между текущим значением соотношения компонентов H₂S и SO₂, содержащихся в восстановленном газе и заданным, и, в зависимости от знака величины полученной разности, вырабатывает корректирующий сигнал на увеличение или уменьшение расхода природного газа, подаваемого на восстановление пропорционально величине этой разности. Корректирующий сигнал с регулятора состава 11 поступает на исполнительный механизм 5, который с помощью клапана изменяет подачу природного газа в поток технологического газа в газоход 2 или непосредственно в реакционную зону. Таким образом расход природного газа регулируется при поступлении корректирующих сигналов с регулятора температуры 7 и с регулятора состава 11 одновременно, что позволяет поддерживать заданный состав восстановленного газа и необходимую температуру в реакционной зоне 1250-1300^oC. Заданный состав восстановленного газа может определяться соотношением H₂S:SO₂=2, а так же содержанием других компонентов CO, H₂, COS. Предлагаемый способ был испытан в серном цехе Норильского ГМК в промышленных условиях.

Пример. На производство серы подавался технологический газ в количестве 25000 нм³/ч, содержащий, 20 SO₂, 14 O₂, 5 CO₂ и 6 H₂O. Перед реактором в поток технологического газа подавали технический кислород в количестве 1200 нм³/ч. Концентрация кислорода в технологическом газе перед реактором составляла 17,9% Количество сернистого ангидрида в газе составляло 5000 нм³/ч. Количество кислорода 4700 нм³/ч.

Для восстановления сернистого ангидрида в поток технологического газа непосредственно перед реактором подавали природный газ в количестве 4850 нм³/ч из расчета поддержания соотношения CH₄:SO₂=0,5.

При этом в реакторе за счет взаимодействия природного газа и кислорода поддерживалась температура 1250^oC. Отходящие газы после восстановления, содержащие сероводород, сероокись углерода, окись углерода, двуокись углерода, водород и непрореагировавший сернистый ангидрид подавались на стадию Клауса. Снижение содержания кислорода в технологическом газе, поступающем на производство серы, до концентрации 12% вызывало уменьшение температуры до 1150^o, что недопустимо из-за возможности прекращения процесса восстановления. В связи с этим увеличивали расход технологического кислорода вводимого в поток технологического газа на 500 нм³/ч при одновременном увеличении подачи природного газа на 250 нм³/ч. Ввод дополнительного кислорода и природного газа неизбежно вызывал изменение состава восстановленного газа и прежде всего по содержанию сероводорода и сернистого ангидрида.

Коррекция необходимого состава восстановленного газа заданного соотношением H₂S:SO₂ осуществлялась подачей природного газа в поток технологического газа. Температура в реакторе измерялась с помощью непрерывно работающего пирометра и термопар, которые использовались для периодической проверки показаний пирометра.

Использование предлагаемого способа позволяет увеличить выход элементарной серы на 2-5% и упростить технологическую схему управления процессом за счет уменьшения количества операций.