СПОСОБ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КАТАЛИЗАТОРА В РЕАКТОРАХ УСТАНОВОК ПОЛУЧЕНИЯ СЕРЫ ПО МЕТОДУ КЛАУСА И РЕАКТОРОВ ДООЧИСТКИ ПО МЕТОДУ СУЛЬФРЕН

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно для оценки работоспособности катализатора в процессе получения серы из сероводорода по методу Клауса.

Наиболее близким аналогом к данному изобретению является способ определения времени службы алюмоксидного катализатора (τ в годах), работающего при 250-350°С, по формуле (см. SU №1775144, МПК 5 В 01 D 53/36, опубл. 15.11.92 г.):

τ=τ₀+к·(1-X),

где: τ₀ - время эксплуатации катализатора до анализа, год;

Х - количество сульфатов алюминия, образующихся на поверхности катализатора за время его эксплуатации, определяемое соотношением ;

к - коэффициент, характеризующий количество сульфатов алюминия, образующихся за 1 год.

Определяя величину X, можно оценить работоспособность катализатора.

Указанный способ является наиболее близким аналогом предлагаемого способа и выбран авторами в качестве прототипа.

К основным недостаткам известного способа относятся:

- узкая область применения: относится только к алюмооксидному катализатору, работающему при 250-350°С;

- из нескольких существующих факторов дезактивации катализатора выбран только уровень его сульфатации;

- сложная процедура отбора проб катализатора, требующая остановки установки.

При создании изобретения решались следующая техническая задача - опрелеление возможности продолжения эксплуатации катализатора или необходимости его замены независимо от режима работы, состава и физико-химических свойств используемого катализатора в реакторах Клауса и Сульфрен без остановки установки.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе оценки работоспособности катализатора в реакторах установок получения серы по методу Клауса и реакторов доочистки по методу Сульфрен осуществляют отбор и анализ исходного кислого газа и газа на входе и выходе каждого реактора Клауса и реакторов Сульфрен, измерение температуры газа на входе каждого реактора Клауса и реакторов Сульфрен, определение достигаемой степени конверсии сернистых соединений в каждом реакторе Клауса и реакторах Сульфрен - α_реал, определение теоретической степени конверсии сернистых соединений в каждом реакторе Клауса и реакторах Сульфрен в зависимости от концентрации сернистых соединений и температуры на входе в каждый реактор - α_теор; определение степени приближения α_реал к α_теор для каждого реактора Клауса и реакторов Сульфрен по соотношению α_реал/α_теор - Y, определение теоретической степени конверсии исходного сероводорода в зависимости от концентрации сернистых соединений на входе в первый реактор Клауса и температуры на входе в каждый реактор Клауса и реакторы Сульфрен для произвольно выбранных значений Y в реакторах Клауса и построение графика зависимости значений Y в первом и втором реакторах Клауса для условий равенства степени конверсии исходного сероводорода 99,4%, а о работоспособности катализатора судят по месту нахождения точки пересечения значений Y для реакторов Клауса, работающих последовательно на одной установке, относительно построенного графика, при этом если точка находится на кривой 99,4% и ниже, эксплуатация катализатора может быть продолжена в обоих реакторах Клауса, если выше кривой 99,4%, то заменяют катализатор в обоих реакторах Клауса, а катализатор в реакторах Сульфрен заменяют при Y менее 0,90.

Способ осуществляется следующим образом (на примере установки, состоящей из двух последовательно размещенных реакторов Клауса и реакторов, более одного, Сульфрен, соединенных между собой последовательно).

Отбирают пробы исходного кислого газа и газа на входе и выходе каждого реактора Клауса и реакторов Сульфрен в стеклянный или тефлоновый пробоотборник через соединенную с ним колонку, заполненную осушителем - пентаоксидом фосфора Р₂О₅ или магнием хлорнокислым безводным (ангидроном). Анализируют состав газа газохроматографическим методом на приборе любого типа (например, ЛХМ-8МД), позволяющем определять концентрации сернистых соединений (Н₂S, SO₂, COS, CS₂) с чувствительностью не ниже 0,001 об.%. Температуру газа определяют по показаниям термопар, установленных на входе каждого реактора Клауса и Сульфрен.

Достигаемую степень конверсии сернистых соединений, α_реал, в каждом реакторе Клауса и реакторах Сульфрен рассчитывают по формуле:

α_реал=1-ΣS_выход/ΣS_вход

где: ΣS_вход, ΣS_выход - суммарная концентрация сернистых соединений в сухом технологическом газе соответственно на входе и выходе каждого реактора, об.%.

Теоретическую степень конверсии сернистых соединений, α_теор, в каждом реакторе Клауса и реакторах Сульфрен рассчитывают по программе расчета термодинамического равновесия процесса Клауса (Gamson B.W., Elkins R.H. Sulfar from Hydrogen Sulfide. - Chem. Ing. Progr., 1953, v.49, pp.203-214.) в зависимости от концентрации сернистых соединений и температуры на входе в каждый реактор.

Степень приближения Y достигаемой степени конверсии сернистых соединений к теоретической для каждого реактора Клауса и реакторов Сульфрен рассчитывают по формуле:

Y=α_реал/α_теор

Пример результатов хроматографического анализа газа и расчетов представлен в таблице 1.

Для оценки данных хроматографического анализа газа необходимо определить, при каких показателях работы катализатора в каждом реакторе обеспечивается минимально допустимая степень конверсии исходного сероводорода после установки (для установок получения серы и сероводорода с установками доочистки газа Сульфрен минимальная степень конверсии исходного сероводорода определяется нижним пределом остаточного содержания сернистых соединений по термодинамическому равновесию реакции Клауса - 0,10-0,15 об.%, тогда для российских газоперерабатывающих заводов, работающих на кислом газе с 50-75 об.% H₂S, минимальная степень конверсии исходного H₂S будет составлять 99,4% при условии, что в реакторах Сульфрен Y больше 0,90). Для этого рассчитывают теоретическую степень конверсии исходного сероводорода в зависимости от концентрации сернистых соединений на входе в первый реактор Клауса и температуры на входе в каждый реактор Клауса и реактора Сульфрен для произвольно выбранных значений Y в реакторах Клауса. Соотношение (H₂S+COS+2CS₂)/SO₂ в газе на входе в первый реактор Клауса принимают равным 2, степень превращения сероорганических соединений (COS и CS₂) - 100%. Степень конверсии сернистых соединений в реакторах Сульфрен принимают равной теоретической. В таблице 2 представлен пример расчета для фактического состава газа из таблицы 1.

По полученным данным строят график зависимости значений Y в первом и втором реакторах Клауса для условия равенства степени конверсии исходного сероводорода 99,4% - см. график 1 на чертеже.

Для оценки работоспособности катализатора на график наносят точку пересечения значений Y для первого и второго реакторов Клауса, рассчитанных на основе фактического состава газа, - в рассматриваемом примере 0,69 для первого и 0,89 для второго реактора. Точка пересечения находится ниже кривой 99,4%, следовательно, эксплуатация катализатора в обоих реакторах Клауса может быть продолжена. Значение Y для реакторов Сульфрен составляет 0,97 - эксплуатация катализатора может быть продолжена.