Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» и промышленной экосистемы «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 как сырье применяется в производстве минеральных удобрений, шин, в металлургии, медицине и другой продукции. Для ее получения из сероводорода, продукта нефте- и газопереработки, традиционно используют процесс Клауса, изобретенный в конце 19-го века и внедренный в промышленность в 1930-х годах. Первая его стадия — высокотемпературное термическое окисление при 1000–1300 °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 Россию приходится порядка 5 млн тонн.
Процесс Клауса имеет ограниченную эффективность в 96 % — 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 Институте катализа 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 — 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, д.т.н. Андрей Загоруйко.
Руководитель направления инновационных разработок экосистемы «Энергосила» Дмитрий Ганюшкин отмечает, что улучшить процесс было решено, в том числе, 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 с 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».