Специалисты ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» и промышленной экосистемы Группа компаний «Энергосила» разработали и запатентовали методику, повышающую эффективность процесса Клауса — извлечения серы из сероводорода, полученного при переработке углеводородного сырья. Новая технология значительно улучшает продуктивность процесса, снижает его стоимость и в несколько раз сокращает объем вредных выбросов в атмосферу.
Сера
Сера как сырье применяется в производстве минеральных удобрений, шин, в металлургии, медицине и других областях. Для ее получения из сероводорода, продукта нефте- и газопереработки, традиционно используют процесс Клауса, изобретенный в конце XIX века и внедренный в промышленность в 1930-х годах. Первая его стадия — высокотемпературное термическое окисление при 1 000—1 300 °C, вторая — низкотемпературная каталитическая конверсия при 220—350 °C с использованием катализаторов на основе оксидов алюминия или титана. С помощью этого процесса производится практически вся сера в мире — 80—85 млн тонн ежегодно, из которых на долю Россию приходится порядка 5 млн тонн.
Процесс Клауса имеет ограниченную эффективность — потери серы, в основном, в форме диоксида, который попадает в атмосферу и загрязняет ее, составляют около 4 %. Ученые из Института катализа СО РАН совместно с коллегами из компании «Энергосила» предложили технологию, которая повышает выход целевого продукта до 99,5 % и может сократить выбросы в 8 раз — с 4 % до 0,5 %.
Для улучшения традиционной технологии химики и инженеры использовали разработанную в ИК СО РАН модификацию — двойной реверс-процесс Клауса. Установка включает три реактора, в каждом из которых периодически изменяется направление движения реакционного газа. Такой реверс потока проводят на двух уровнях — отдельно в центральном реакторе и в целом по всей схеме.
Модификация позволяет полностью отказаться от промежуточного нагрева газа между реакторами — это открывает возможность существенно сократить энергоемкость процесса и исключить из схемы дорогостоящие теплообменники. Стоимость производства может снизиться почти на треть — процесс оказывается дешевле, чем исходная технология. Еще одно преимущество в плане снижения стоимости заключается в использовании уже существующих на рынке отечественных катализаторов.
«Новая версия процесса решает важную и распространенную в промышленной практике проблему — снижение степени извлечения серы при колебаниях состава газа. Мы предложили добавить в реакторы слои катализатора селективного окисления сероводорода и дозированно подавать между ними небольшие порции воздуха. Это позволяет достигать степени извлечения серы до 99,5 % даже при колебаниях состава газа, при этом, по предварительным оценкам, расходы на осуществление процесса будут как минимум на 20—30 % ниже, чем при использовании распространенных в мире технологий с аналогичным уровнем извлечения серы», — рассказывает ведущий научный сотрудник отдела технологии каталитических процессов ИК СО РАН доктор технических наук Андрей Николаевич Загоруйко.
Руководитель направления инновационных разработок экосистемы «Энергосила» Дмитрий Вадимович Ганюшкин отмечает, что улучшить процесс решили в том числе и для снижения зависимости от импорта. «Компания не первый год сотрудничает с Институтом катализа СО РАН в рамках реализации технологии “Дирокс”, которая позволяет безопасно утилизировать сероводород на предприятиях. Мы столкнулись с масштабными ограничениями, когда объемы газа колоссальны, и для них требуется использовать процесс Клауса. Все крупные установки были поставлены на российские предприятия из-за рубежа, и мы решили совместно с учеными развить отечественные технологии для реализаций этого процесса», — говорит он.
Эксперт добавляет, что «Энергосила» планирует развивать технологию на всем нефтегазовом рынке России: «Экономические ожидания следующие — активное внедрение процесса в проекты заказчика, строительство и запуск данных установок».
Текст и фото пресс-службы ФИЦ ИК СО РАН
