ПЕРЕРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОЙ СЕРЫ ГАЗОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ УЗБЕКИСТАНА И ПОЛУЧЕНИЕ СУЛЬФИДА НАТРИЯ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены технологии получения технической серы из сероводородсодержащих газов газоперерабатывающих предприятий Узбекистана и её последующая переработка для синтеза сульфида натрия. Описаны процессы очистки газа аминами с выделением H₂S, а также основные стадии Клаус-процесса, включая термическую и каталитическую стадии и конденсацию серы. Проведён экспериментальный анализ взаимодействия природной серы с раствором гидроксида натрия при разных соотношениях реагентов и температурных режимах; установлено влияние этих параметров на испарение сероводорода и образование твёрдой фазы. Результаты рентгеноструктурного анализа показали структурные характеристики технической серы, подтверждающие её пригодность для химической переработки. Полученные данные позволяют оценить технологические параметры процесса, повысить эффективность использования местных серных ресурсов и расширить области их применения в химической промышленности и сельском хозяйстве.

ABSTRACT

The article examines technologies for obtaining technical sulfur from hydrogen sulfide–containing gases of gas processing enterprises in Uzbekistan and its subsequent processing for the production of sodium sulfide. Gas purification methods using amine absorption with hydrogen sulfide recovery, as well as the main stages of the Claus process, including thermal and catalytic conversion and sulfur condensation, are described. Experimental studies were carried out on the interaction of natural sulfur with sodium hydroxide solutions at various reagent ratios and temperature conditions. The influence of these technological parameters on hydrogen sulfide evaporation and the formation of solid phases was established. X-ray diffraction analysis was used to investigate the structural characteristics of technical sulfur, confirming its suitability for further chemical processing. The obtained results demonstrate the feasibility of using local sulfur resources to improve process efficiency, expand the range of chemical products, and enhance the environmental performance of gas processing enterprises.

Ключевые слова: моноэтаноламин, амин, коррози, химия, кристалл, COS, CS₂, SO₂, диэтаноламин, метилдиэтаноламин, температур, жидкос, нефт, сырья, Tail Gas Treatment, катализатор.

Keywords: monoethanolamine, amine, corrosion, chemistry, crystal, COS, CS₂, SO₂, diethanolamine, methyldiethanolamine, temperatures, liquid, oil, raw materials, Tail Gas Treatment, catalyst.

Введение. Развитие газоперерабатывающей и нефтехимической промышленности сопровождается образованием значительных объёмов сероводородсодержащих газов, удаление которых является необходимым условием обеспечения промышленной и экологической безопасности. Сероводород (H₂S), а также другие серосодержащие соединения (меркаптаны, COS, CS₂, SO₂) обладают высокой токсичностью и коррозионной активностью, что обуславливает необходимость их глубокой очистки перед дальнейшим использованием газа.

В мировой и отечественной практике основным методом переработки сероводородсодержащих газов является Клаус-процесс, широко применяемый на газоперерабатывающих, нефтеперерабатывающих и химических предприятиях. Данная технология позволяет получать элементарную серу, которая является ценным химическим сырьём и используется в производстве серной кислоты, минеральных удобрений, резинотехнических изделий и в других отраслях промышленности. Применение систем доочистки хвостовых газов (Tail Gas Treatment) обеспечивает высокую степень извлечения серы и снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

В Республике Узбекистан в результате переработки природного газа образуются значительные объёмы технической серы, часть которых остаётся невостребованной и накапливается в виде нефтяных и газовых остатков. Рациональное использование данного местного сырья является актуальной научно-технической задачей, направленной на повышение комплексности переработки углеводородного сырья и снижение экологической нагрузки на окружающую среду.

Одним из перспективных направлений переработки технической серы является её использование для получения сульфида натрия - важного продукта химической промышленности, применяемого в кожевенном производстве, целлюлозно-бумажной промышленности, нефтехимии и при синтезе неорганических соединений.

Целью настоящей работы является исследование технологических аспектов переработки технической серы газоперерабатывающих предприятий Узбекистана и научное обоснование условий получения сульфида натрия при взаимодействии серы с гидроксидом натрия.

Материалы и методы. Для исследования использовалась техническая сера, полученная из сероводородсодержащих газов газоперерабатывающих и нефтеперерабатывающих предприятий Узбекистана. Основные объёмы сырья перерабатываются на «Мубаракском газоперерабатывающем заводе» и на Шуртанском газоперерабатывающем заводе (Гузарский район Кашкадарьинской области), а также на «Жаркурганском нефтеперерабатывающем заводе» в Сурхандарьинской области. Сера после очистки газа H₂S поступала в товарной форме: жидкой (расплав), гранулированной или кусковой.

Для синтеза сульфида натрия использовался гидроксид натрия (NaOH) аналитической чистоты. В лабораторном реакторе с термостатированным перемешиванием к рассчитанному объёму раствора NaOH с заданной концентрацией постепенно добавляли техническую серу. Температура реакционной смеси поддерживалась на уровне не ниже 130 °C, обеспечивая полное взаимодействие компонентов и минимизацию потерь H₂S за счёт испарения. В экспериментах исследовались различные соотношения S/NaOH и концентрации щёлочи, что позволило определить оптимальные условия синтеза.

Для изучения структуры полученной технической серы и контроля её пригодности для химической переработки использовался рентгеноструктурный анализ (XRD). Данный метод позволил определить фазовый состав, кристаллическую структуру и наличие примесей. Рентгеноструктурные данные были дополнительно использованы для оценки влияния технологических параметров на качество исходного сырья и конечного продукта.

Экспериментальные данные фиксировались в виде температуры начала и конца растворения серы, степени испарения H₂S, агрегатного состояния продукта и выхода целевого соединения. Все измерения проводились в лабораторных условиях с использованием стандартных методик контроля температуры и химического состава.

Рисунок 1. Рентгеноструктурный анализ технической серы

Результаты и обсуждение. Одним из важных вопросов в этом процессе является испарение сероводорода, т.к. это определяется на выходе основного продукта – сульфида натрия. Экспериментальные данные представлены в таблице 1 для решения указанного вопроса было поставлено девять опытов.

 В таблице представлены результаты серии экспериментов по взаимодействию технической серы с раствором гидроксида натрия при различных соотношениях реагентов (S/NaOH), концентрациях щёлочи и температурных режимах. Основными фиксируемыми параметрами были: температура начала растворения серы (t₁), конечная температура растворения (t₂), степень испарения сероводорода (H₂S) и агрегатное состояние продукта.

Степень испарения H₂S колебалась от 15 до 29%. Наибольшие потери газа наблюдались при умеренных соотношениях S/NaOH и более жидкой фазе продукта, что связано с повышенной подвижностью сероводорода в расплаве. При увеличении концентрации щёлочи и температуры реакционной смеси наблюдается снижение потерь H₂S, что положительно влияет на выход сульфида натрия.

Агрегатное состояние конечного продукта также зависит от технологических параметров: при низкой концентрации NaOH и меньших соотношениях S/NaOH формируется жидкая фаза с кристаллами, при увеличении концентрации щёлочи и соотношения серы образуется твёрдая кристаллическая масса, а при максимальных соотношениях наблюдается кашеобразный продукт.Начало формы

Конец формы

Таблица 1.

Влияния входных технологических параметров растворения на выходных параметров процесса получения с массы полисульфид и тиосульфатов натрия

Из таблицы видно, что с увеличением концентрации NaOH от 0,24 до 1,2% и соотношения S/NaOH от 12 до 36 наблюдается тенденция к повышению температуры начала и конца растворения серы. Так, для опыта №1 при S/NaOH = 12 и NaOH 0,4% t₁ = 110 °C, t₂ = 120 °C, а при опыте №9 при S/NaOH = 36 и NaOH 0,72% t₁ = 135 °C, t₂ = 144 °C. Это указывает на увеличение энергозатрат на растворение с ростом концентрации реагентов.

Таким образом, представленные данные позволяют оценить влияние концентрации NaOH, соотношения S/NaOH и температуры на протекание процесса растворения серы, степень испарения сероводорода и фазовое состояние продукта, что является важным для оптимизации синтеза сульфида натрия.

Заключение. В работе рассмотрены технологические особенности получения технической серы из сероводородсодержащих газов газоперерабатывающих предприятий Республики Узбекистан. Показано, что применение Клаус-процесса в сочетании с системами доочистки хвостовых газов обеспечивает высокую степень извлечения серы и позволяет существенно снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.

Проведены экспериментальные исследования по переработке технической серы с целью получения сульфида натрия путём взаимодействия серы с гидроксидом натрия при повышенных температурах. Установлено влияние концентрации раствора NaOH, температурного режима и соотношения S/NaOH на характер протекания процесса, степень испарения сероводорода и фазовое состояние конечных продуктов.

Экспериментально подтверждено, что повышение концентрации щёлочи и температуры реакции приводит к увеличению начальной и конечной температур растворения серы, а также снижает потери сероводорода, что положительно сказывается на выходе целевого продукта. В процессе реакции образуются коричнево-жёлтые расплавы, которые при охлаждении кристаллизуются с формированием твёрдой фазы.

Результаты рентгеноструктурного анализа подтвердили структурные особенности исследуемой технической серы и её пригодность для дальнейшей химической переработки. Полученные данные свидетельствуют о перспективности использования местных серных ресурсов газоперерабатывающих предприятий Узбекистана для получения сульфида натрия и расширения ассортимента химической продукции, а также для повышения комплексности переработки сырья и улучшения экологических показателей производства.

Список литературы:

1. Соколов Р.С. “Химическая технология”. 1 Т. М. – Гум. Изд. Центр «Владос». 2000. – 239 с.
2. Кондрашов С.Н., Безворотный П.В., Мальцев Д.И., Ознобищев С.А., Крылов В.А., Груздев В.Ю., Горохова С.А. Способ переработки нефти. Патент РФ 2187090. ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез», 2004.
3. Чурсин В.И., Шапкарина Н.П. Способ обезволашивания кожевенного сырья. Патент РФ 2181403. ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт кожевенной промышленности», 2003.
4. Адилханова М. Разработка технологии сульфида натрия. Магистерская диссертация, Ташкент. 2019.
5. Рощин В.В. Химическая технология серы и её соединений. М.: Химия, 2005. 320 с.
6. Колл А.Л., Нильсен Р. Очистка газа (Gas Purification). 5-е изд., Gulf Professional Publishing, 1997.
7. Грей Х.Г. Claus Process Handbook. Gulf Publishing Company, 2002.
8. Спирит Дж.Г. Химия и технология угля (The Chemistry and Technology of Coal). CRC Press, 2018.
9. Бекчанов Б. Б., Джандуллаева М. С., Эркаев А. У., Кошанова Б. Т. Разработка технологии получения солей магния расщеплением серпентинита серной кислотой // Universum: технические науки. 2024. №10 (127). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-tehnologii-polucheniya-soley-magniya-rasschepleniem-serpentinita-sernoy-kislotoy 
10. Бегдуллаев А. К., Реймов К. Д., Хужамбергенов Б. Е., Жугинисов Б.х Б., Кошанова Б. Т., Эркаев А. У. Физико-химические исследования процесса обессульфачивания рапы с применением отходов производства соды // Universum: технические науки. 2024. №5 (122). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/fiziko-himicheskie-issledovaniya-protsessa-obessulfachivaniya-rapy-s-primeneniem-othodov-proizvodstva-sody