Курсовая работа (т): Утилизация серы

Ряд способов формирования серы представляют интерес с точки зрения простоты и возможности варьирования формы частиц продукта. К ним относятся чешуированная сера (чешуйки толщиной 0,5-2 мм, образующиеся при срезании застывшей серы с поверхности барабана-кристаллизатора, частично погруженного в жидкую среду и вращающегося с определенной скоростью), пластинчатая или плиточная форма (кристаллизация серы на охлаждаемой поверхности движущейся стальной ленты с образованием монолитного слоя, ломающегося под действием тяжести на пластины до 5 мм толщины) и сера в отливках или черенковая, получаемая при разливе жидкой серы в специальные охлаждаемые формы. Во всех перечисленных случаях проявляется хрупкость серы (образование мелочи и пыли), устраняемая в более совершенных препаративных и препарированных формах. К числу сравнительно новых и сложных форм серы относится ее полимерная модификация, получаемая при нагреве обычной серы выше 160ºС. Стабилизация полимерной серы осуществляется введением различных химических добавок.

Особо чистая сера. Как правило, сера, независимо от вида сырья, технологии переработки, а также общей культуры производства, загрязнена вредными и балластными примесями. Для большинства потребителей сера не пригодна без специальной очистки. В зависимости от назначения серы оговаривается содержание различных примесей: битумов - при производстве CS2, влаги - для шинной и резинотехнической промышленности, селена (отсутствие) - для целлюлозно-бумажной промышленности, хлора - для сернокислотного производства, мышьяка (отсутствие) - для фармацевтических производств. В технической газовой сере (содержание основного вещества 99,90-99,98%) нормируется содержание золы (0,02-0,05%), органических веществ (0,01-0,06%) и воды (0,2%). К сере, получаемой методом Клауса, предъявляются жесткие, диктуемые экологией требования к остаточному содержанию сернистых соединений - H2S и полисульфанов (не более 10 ррм). Наивысшие требования по чистоте предъявляются к сере, используемой для получения сульфидов кадмия, галлия и других, применяемых в электронной технике для изготовления оптических приборов и люминофоров /1/.

Таблица 1-Условная классификация различных форм элементарной серы

3.2 Сера в отраслях промышленности

Использование в сельском хозяйстве. Наиболее применимым в сельском хозяйстве серосодержащим соединением является сульфат аммония . Это азотно-серное удобрение с химически-нейтральным составом (24 % серы и 21 % азота). Серные удобрения могут вноситься в элементарном виде и в виде соединений, они позитивно влияют на процессы метаболизма растений. Существует ряд культур, которые особенно требовательны к сере - это рапс, гречиха, капуста, пшеница, а также сахарная свекла, картофель, кормовые культуры. Цена на сульфат аммония колеблется в районе 200 долларов за тонну.

В настоящий момент на территории России производится достаточное количество аммиачной селитры. Для эффективного выхода на сельхозрынок необходимо развитие новых эффективных технологий подкормки и новых видов удобрений, так как сульфат аммония хоть и является универсальным удобрением, но не лишена недостатков. Прежде всего, недостатки связаны с неравномерной подкормкой и большим расходом удобрения. В связи с этим, может применяться туковая технология производства минеральных удобрений, которая считается наиболее перспективной на сегодняшний день /1/.

Сера в дорожном деле как сырье для замены битума.Серосодержащие дорожные покрытия помогают сократить расход битума, который в свою очередь является ценным нефтеносным сырьем и относится к супертяжелым сортам нефти. Добавление серы позволяет улучшить показатели дорожного покрытия при сжатии, соответственно, уменьшить функциональную толщину покрытия и в три раза уменьшить расход гравия. Такие дорожные покрытия имеют более продолжительный срок эксплуатации, не трескаются в жару и в мороз, имеют более высокую устойчивость к динамическим нагрузкам. Сера активно используется в дорожном строительстве Канады, США, ЕС. Высокоэффективные дорожные покрытия содержат до 40% серы. Существует несколько передовых технологий в области дорожных покрытий на основе серы, это превосходный бизнес с высоким уровнем прибыли.

Практически все страны ведут исследования свойств серы и применения её в строительстве, в частности, в органо-минеральных смесях, чтобы улучшить их прочностные показатели. Однако серосодержащие строительные смеси имеют и ряд недостатков, в частности, они токсичны при высоких температурах укладки, но эти недостатки сглаживаются за счет внедрения новых технологий. Доказано, что сероасфальт после застывания безопасен.

Относительно прибыльности дорожного бизнеса и использования серы, получаемой при переработке высокосернистой нефти, можно отметить, что в России на инвестиции в строительство новых дорог и ремонта имеющихся дорог тратится около 2% ВВП. В то же время сейчас в России строится меньше дорог, чем во времена СССР, а качество дорожного покрытия намного ухудшилось. Усредненная стоимость 1 км российской дороги составляет 6,3 млн. долларов. При введении в «дорожную» формулу серы стоимость дорог значительно сократится за счет уменьшения толщины покрытия, объема используемого битума и гравия, также сократятся расходы на содержание дорог за счет применения более эффективного и износостойкого покрытия /1/.

Цемент из серы. Основные исследования серобетона были проведены еще в 70-х годах прошлого столетия в США, но известен он еще с 17 века. Его показатели превосходят характеристики бетона на основе портланд-цемента. К улучшенным характеристикам относят низкую водопроницаемость и водопоглощение, коррозийную стойкость, морозостойкость, в то же время, серобетоны имеют низкую термойстойкость.

Серобетон характерезуется низкой пористостью, поэтому его используют для строительства сточных коллекторов, хранилищ отходов, помещений для химических производств, гидросооружений. Наиболее известной маркой серобетона считается «Star Crete» канадского производства.

В настоящий момент в России нет ни одного крупного производства серобетона, патентом на технологию изготовления владеет компания ООО СП «Интер-S» (Астраханская область). Также патент на производство серобетона имеет Центр инноваций «Химические технологии и оборудование» (Башкирия). Альтернативная технология имеется у «Астраханьгазпром».

На основе серы канадские специалисты изготовили специальный пенопласт, который будет применяться в дорожном строительстве для поглощения звука, а также для утепления трубопроводов в условиях вечной мерзлоты. То есть исследования в области эффективного применения серы инвестиционно-привлекательны для предприятий всех отраслей /1/.

.3 Экономика

Высококачественные нефтепродукты пользуются большим спросом, особенно в Европе. Они дороги, рынок пока не перенасыщен. К сожалению, на европейском рынке отсутствует бензин низкого качества с высоким содержанием серы, поэтому невозможно привести сравнительные характеристики об объемах продаж. Высокосернистый бензин банально не допускается на рынки высокоразвитых стран, а стоимость качественного топлива А-95-Евро в Европе практически в 1,5 раза выше, чем в соседних странах, реализующих топливо разного качества.

Хочется упомянуть о растущей популярности нового синтетического топлива, не содержащего серы, «Shell V-Рower» с октановым числом 95, объем продаж которого за последние полгода в среднем возрос примерно на 40%. Если учитывать мнение специалистов, что любая глубокая переработка тяжелой и высокосернистой нефти может приравниваться к производству синтетической нефти, то данное сравнение «Shell V-Рower» с обычным топливом на основе переработанной высокосернистой нефти вполне корректно. Факт остается фактом - продажи высококачественного топлива, полученного в результате глубокой переработки углеводородов, стремительно растут даже при высокой цене реализации /3/.

Продажа высокотехнологичного сырья из серы. Опыт. На новом заводе «Shell» в Катаре «Pearl GTL» для переработки серы используется новая технология «Sulphur Тhiogro». Обессеривание нефтепродуктов приводит к накоплению серы на заводе, чтобы избавляться от излишков «Shell» совместно с Институтом серы США разработали высокотехнологичные удобрения и технологию укладки дорожных покрытий. Специальная технология «Shell Тhiocrete» с гранулированной серой является самой прогрессивной технологией для изготовления дорожных покрытий, использование «Shell Тhiocrete <#"823647.files/image001.jpg">

Рисунок 1-Структура потребления серы на мировом рынке

сера нефтепродукт высокотехнологичный сырье

Сезонность спроса на фосфорные удобрения приводит к необходимости хранения значительных объемов серы в периоды низкого спроса. Мелкотоннажность многих производств определяет низкую привлекательность бизнеса с точки зрения утилизации и сбыта продуктов утилизации серы. При поверхностном рассмотрении существующих крупнотоннажных сегментов-потребителей серы наиболее привлекательными могут показаться сегменты фосфорных удобрений и агрохимии. Производство фосфорной кислоты с последующим производством фосфорных удобрений является самым крупнотоннажным сегментом потребления серной кислоты. При этом, в большинстве случаев, производители фосфорной кислоты сами производят серную кислоту из серы, которую закупают на свободном рынке. Организация нового производства фосфорной кислоты или удобрений целесообразна при наличии собственных источников сырья - фосфоритовых руд. Нефтегазовые компании не имеют доступа к таким источникам, что делает данный сегмент не привлекательным с точки зрения организации нового производства.

На сегодняшний день нефтегазовые компании продают серу производителям фосфорной кислоты и удобрений. В условиях резкого роста спроса на фосфорные удобрения и, соответственно, серу, её реализация становится гораздо более выгодной для нефтегазовой компании, нежели переработка в другие продукты. Подобная ситуация сложилась в 2007-м и 2008-м годах когда мировые цены на серу выросли с 60-90 долл. США за тонну до 450-600 долл. США за тонну. В выигрышном положении оказались те производители серы, которые обладали наибольшими запасами серы в хранилищах. Хранение позволяет выжидать наиболее благоприятной ситуации на рынке и сбывать серу по выгодным ценам при наличии высокого спроса. В условиях значительного превышения предложения серы над спросом и, соответственно, падении объема сбыта, цены держатся на низком уровне, что при отсутствии емкостей для хранения заставляет производителя задуматься об её переработке в другие продукты, спрос на которые выше. Как альтернативу новым хранилищам серы, при наличии возможности, можно рассмотреть участие в бизнесе производителя фосфорной кислоты или фосфорных удобрений, что возможно позволит гарантировать сбыт определенного количества серы в периоды её избытка.

Помимо устоявшихся сегментов потребления серы, существуют и развивающиеся крупнотоннажные сегменты - материалы для строительства в числе которых:

Серно-битумное вяжущее для асфальтобетонных смесей;

Асфальтобетонные смеси на серно-битумном вяжущем;

Вяжущее для бетонных смесей;

Бетон на серном вяжущем (серобетон);

По данным «US Geological Survey» в 2009-м году объем мирового производства цемента составил 2,8 млрд. тонн, объем потребления битума для дорожного строительства - около 100 млн. тонн. В настоящее время указанные сегменты можно рассматривать только в качестве потенциальных конкурентов строительного серного вяжущего, поскольку рынок сбыта для последнего находится на ранней стадии зарождения.

В долгосрочной перспективе, одним из факторов, стимулирующих спрос на серу в сегменте строительства, может стать повышение цен на энергоносители. Высокая энергоемкость процесса производства клинкерного цемента определяет высокую долю энергозатрат в его себестоимости. По различным оценкам, производство бесклинкерного цемента с использованием альтернативных технологий позволяет снизить его себестоимость в 2-3 раза.

При рассмотрении указанных сегментов в ракурсе способов переработки серы нефтегазовой компанией следует выделить опыт компании «Shell», которая является крупнейшим поставщиком серы в Канаде. В свою очередь, доля Канады в мировом экспорте серы достигает 16%. Компания «Shell» разработала «Shell Thiocrete» и «Shell Thiopave». «Shell Thiocrete» является вяжущим на основе серы. Поставка материала осуществляется в форме жидкости или гранул. По утверждениям компании, технология производства «Shell Thiocrete» является уникальной разработкой, позволяющей предложить строителям новое вяжущее по конкурентоспособной цене. Следует выделить возможность переработки «Shell Thiocrete» через дробление, нагрев и формовку.

Свойства «Shell Thiocrete» открывают широкие возможности его применения в морских объектах, бордюрах и мостовых, дорожных заграждениях, подпорных стенах и садах. Другая цель компании - продвижение нового вяжущего в сегменте бетонных изделий заводского изготовления. Задачи, поставленные в рамках продвижения «Shell Thiocrete» - привлечение к сотрудничеству производителей бетона, строителей, региональных правительств, уполномоченных лиц и сертификационных организаций. Важным достижением по данному направлению является подписание соглашения с Датским производителем бетонных изделий. Помимо компании «Shell» реализацией проектов по производству серного вяжущего и серобетона занимаются некоторые нефтеперерабатывающие компании на Среднем Востоке. Объем экспорта цемента из Турции и Пакистана в 2010-м году составил около 16 млн. тонн, что может говорить о дефиците цемента в некоторых Странах Ближнего и Среднего Востока.

На сегодняшний день использование серного вяжущего в дорожном строительстве также носит экспериментальный характер. Компания «Shell» разработала и запатентовала уникальный продукт - гранулированное серное вяжущее под торговой маркой «Shell Thiopave». В отличие от расплава серы, «Shell Thiopave» вводится в асфальтобетонную смесь в сухом состоянии, что позволяет снизить эмиссию серного пара и избежать повреждения глаз. Добавка улучшающая перерабатываемость позволяет производить смесь при меньших температурах, чем при производстве традиционной асфальтобетонной смеси. Твердая форма Shell Thiopave позволяет упростить оборот материала, ганулы показаны на рисунке 2 .

Другой сегмент потребления серы и серной кислоты - агрохимия. На 90% под агрохимией понимаются средства защиты растений - фунгициды, гербициды, инсектициды и прочие. По разным оценкам мировой рынок средств защиты растений составляет от 2,8 до 3,4 млн. тонн. Данный сегмент является мелкотоннажным, и производство рассеяно среди десятков производителей внутри каждой отдельной страны. Нефтегазовые компании не занимаются утилизацией серы через производство агрохимии. Тем не менее, нефтегазовые компании предлагают серу различных марок для производителей РТИ, агрохимии, фармацевтических предприятий. В России различные марки серы предлагаются компанией ООО «СП-Интер S», которая является совместным предприятием с ООО «Астраханьгазпром». Внеобротные активы компании ООО «СП-Интер S» по итогам 2009-го года составили 231 млн. руб., из которых 30,6 млн. - основные средства и 183 млн. руб. - незавершенное строительство. Выручка компании по итогам 2008-го года составила 55,17 млн. руб, по итогам 2009-го - 12,2 млн. руб. Помимо различных марок серы компания реализует модифицированное серное вяжущее для производства серобетона и сероасфальта.