Серу получают главным образом выплавкой самородной серы непосредственно в местах её залегания под землей. Серные руды добывают разными способами - в зависимости от условий залегания. Добыча руды открытым способом происходит так. Шагающие экскаваторы снимают пласты пород, под которыми залегает руда. Взрывами рудный пласт дробят, после чего глыбы руды отправляют на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу. В 1890 г. Герман Фраш предложил плавить серу под землей и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать ее на поверхность. Сравнительно невысокая (113°C) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890 г. начались испытания, приведшие к успеху.
Известно несколько методов получения серы из серных руд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные и экстракционные. Также сера в больших количествах содержится в природном газе в газообразном состоянии (в виде сероводорода, сернистого ангидрида). При добыче она откладывается на стенках труб и оборудования, выводя их из строя. Поэтому её улавливают из газа как можно быстрее после добычи. Полученная химически чистая мелкодисперсная сера является идеальным сырьём для химической и резиновой промышленности.
Рассмотрим производство элементарной серы из кислых газов нефте - и газопереработки, включая доочистку хвостовых газов.
1. Прямой Клаус процесс, включая переработку кислого газа с повышенным содержанием аммиака.
Этот метод получения серы основан на частичном окислении сероводорода кислого газа путем сжигания его в недостаточном для полного сгорания количестве воздуха. При этом в топке термического реактора может быть получено до 75% серы, содержащейся в исходном сероводороде. Дальнейшее извлечение серы производят на катализаторе в каталитических ступенях и, если необходимо, на установке очистки отходящих газов. Процесс используется при концентрации сероводорода в кислом газе 45 – 100% моль.
Присутствие аммиака в кислом газе может отрицательно влиять на показатели работы установки. Поэтому принимаются специальные меры для сжигания его до азота в термической ступени. Степень конверсии сероводорода в серу при использовании данной технологии зависит от концентрации сероводорода в кислом газе и составляет 95 – 96% для схемы с двумя каталитическими ступенями и 97 – 98% для трехступенчатой схемы.
2. Процесс «прямого окисления» сероводорода на катализаторе в элементарную серу.
Суть процесса заключается в проведении реакции взаимодействия сероводорода с кислородом воздуха на специальном катализаторе. Процесс применяется при концентрации сероводорода в кислом газе от 0,1 - 0,5 до 9% моль. В случае малых концентраций сероводорода – до 3% моль - процесс проводится в 1 ступень, при повышении концентрации количество ступеней увеличивают. Как правило, степень конверсии сероводорода в серу на установке прямого окисления без доочистки хвостовых газов не превышает 85%.
3. Получение серы методом «1/3 – 2/3».
Процесс используется при концентрации сероводорода в кислом газе 20 – 45% моль. Суть процесса заключается в том, что часть кислого газа (до 2/3 от общего количества) байпасируют мимо термического реактора напрямую в каталитический реактор. А оставшийся кислый газ сжигается в термическом реакторе в условиях, обеспечивающих полное сгорание сероводорода. Таким образом, сера образуется только в каталитических ступенях, которых может быть несколько. Процесс имеет технологические недостатки, которые привели к ограниченному масштабу его распространения. Общая степень конверсии сероводорода в серу для данной технологии зависит от числа применяемых каталитических ступеней и состава кислого газа, подаваемого на переработку.
4. Процесс производства серы со сжиганием части образованной серы.
Процесс используется при концентрации сероводорода в кислом газе менее 20% моль. Суть процесса заключается в том, что необходимый для реакции Клауса диоксид серы образуется за счет сжигания части полученной серы. Данная технология имеет те же недостатки, что и процесс «1/3 – 2/3», однако в ряде случаев эта технология предпочтительна. Общая степень конверсии сероводорода в серу при использовании данной технологии зависит от числа применяемых каталитических ступеней и может доходить до 98%.
5. Процесс производства серы с рециркуляцией части технологического газа.
Процесс используется при пониженном содержании сероводорода в кислом газе. Суть процесса заключается в том, что для снижения избыточного разогрева каталитического реактора в процессе получения серы часть прореагировавшего газа подается на вход этого реактора. В процессе используется специальный катализатор, применяется газодувка. Степень конверсии сероводорода определяется числом каталитических ступеней.
