На нефтеперерабатывающих заводах сера получается из газов, содержащих значительное количество сероводорода, по следующим трем схемам [26].

Схема «прямой Клаус-процесс». Для переработки пригоден кислый газ с объемной долей сероводорода более 45 %, при содержании сероводорода 70 % и выше выход серы 90— 92 %. Установка обычно состоит из двух ступеней получения серы: термической и каталитической. На первой ступени кислый газ сжигается в присутствии воздуха, который подается в отверстия горелок в количестве, необходимом для протекания реакции окисления сероводорода до серы. Температура в печи 800—1200 °С.

H2S + 0,5О2 → 0,7S + 0,8Н2O + 0,2H2S + 0,1SO2.

В этих условиях образуется до 60 % серы от исходного сероводорода. Далее продукты сгорания охлаждаются, и из установки выводится полученная в термической ступени сера, а газовая смесь поступает в каталитический реактор, где проходит через слой катализатора. В этом реакторе за счет каталитической реакции газ нагревается до 380—400 °С и образуется дополнительное количество серы.

Газы, выходящие из реактора, проходят подогреватель питательной воды (экономайзер), в котором происходит частичная конденсация серы. Сконденсировавшаяся сера и охлажден- ные газы из экономайзера поступают в хранилище серы, где происходит дополнительное охлаждение газов и выделение серы. Сера собирается внизу, где охлаждается до 138 °С змеевиком, по которому циркулирует вода.

Схема «треть— две трети». Применяется для получения серы из кислого газа с объемной долей сероводорода 15—45 %. Третья часть всего сероводородного газа сжигается со стехио- метрически необходимым количеством воздуха да диоксида серы:

H2S + O2 —> SО2 + H2O.

Затем оставшиеся две части сероводорода взаимодействуют на катализаторе с полученным диоксидом серы с образованием элементарной серы:

2H2S + SО2 → (2/х)Sх + 2H2О.

Далее схема процесса та же, что приведена выше.

Схема «прямое окисление». Сырьем служат кислые газы с объемной долей сероводорода до 10 %. Получение серы происходит в каталитическом реакторе путем непосредственного окисления сероводорода. Эффективность извлечения серы в процессе Клауса зависит от многих факторов: активности катализатора, степени нагрева газа перед каталитическими ступенями, рабочей температуры, содержания сероводорода и угольной кислоты в кислом газе и других факторов. В самых благоприятных условиях максимальная степень превращения 98 %. В табл. 8.11 приведены данные по выходу серы для установок Клауса, работающих на сырье различного состава.

Как видно из этой таблицы, содержание сероводорода в газах, отходящих с установки Клауса, достаточно велико, поэтому требуется их дополнительная обработка с целью увеличения выхода серы и защиты окружающей среды от загрязнения. Наиболее часто для этого используются низкотемпературные процессы Клауса, известные под названием «Сульфрин». В процессе Сульфрин отходящие газы, в которых содержатся сероводород и диоксид серы, вступают в дополнительную реакцию при температуре ниже точки росы серы. В этом процессе применяется специальный катализатор с сильно развитой поверхностью, на которой способны вступать в реакцию сероводород и диоксид серы с образованием элементарной серы. Получающаяся сера адсорбируется на поверхности катализатора, регенерация катализатора происходит при температуре около 360 °С паром или повторно нагретыми отходящими с установки Сульфрин газами. Катализатор располагается в виде неподвижных слоев и регенерируется внутри реактора. Чтобы избежать перерывов в работе, используется несколько реакторов. Существуют шестиреакторные установки, в которых четыре реактора находятся в работе, один реактор подвергается регенерации, а последний, шестой, охлаждается от температуры регенерации до рабочей температуры. Отходящий газ из конечного конденсатора серы установки Клауса освобождается от захваченных капелек серы в коагуляторе и при температуре 120—135 °С проходит сверху вниз четыре реактора. Когда реактор целиком заполнен, отходящий газ направляют в свежий реактор, а заполненный реактор регенерируют горячим газом, который движется по замкнутому контуру печи через реактор, конденсатор серы, коагулятор и обратно в печь. Часть ненагретого газа используется для охлаждения полностью регенерированного реактора. На заводах по производству серы большая часть оборудования и трубопроводов изготавливается из углеродистой стали. Специальные конструкционные материалы и методы защиты применяются для огнеупорной футеровки камер сгорания и каталитических реакторов. Сетки под катализатор, теплообменные трубы изготавливаются из легированных сталей.

Таблица 8.11. Выход серы с установок «прямого Клаус-процесса»