Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
Нефтепереработка
В том числе целевое производство
Всего
12,0 1,2 0,08 0,3 3,0
16,5
17,0 2,3 0,12 0,4 4,0 0,5 23,7
29 - 2364
449
водства его как побочного продукта в процессах каталитического риформинга бензина на 50-55 % [90].
Процесс полного разложения сероводорода на водород и серу является эндотермическим (энтальпия реакции при комнатной температуре составляет 0,25 кВт ч/м3 H2S) и для эффективного разложения H2S требуются температуры 1500н-н- 2000 К. Такой нагрев возможен лишь в плазменных реакторах. Важнейшей характерной чертой и одновременно преимуществом плазмохимических систем является их высокая энергонапряженность и удельная производительность, т.е. мощность и производительность на единицу реакционного объема.
Мощность современных генераторов плазмы - плазмотронов при сравнительно небольших габаритах достигает 10 МВт. При этом удельная производительность газофазных плазмохимических процессов может составлять до 10 м3/ч газа - продукта на 1 см3 активного объема плазмы, что значительно превышает соответствующий показатель традиционных химико-технологических процессов. Так для процесса аминовой очистки на 1 см3 объема абсорбера расход газа составляет 0,3-0,5 м3/ч.
При практической реализации плазмохимических методов на первый план выступает проблема минимизации энергозатрат на получение полезного продукта, т.е. оптимизация процесса в целях достижения высокой энергетической эффективности.
Под энергетической эффективностью (КПД) понимают отношение термодинамически минимальных энергозатрат процесса к реальным затратам энергии, вкладываемой в разряд для получения продукта. Эта задача является, в настоящее время, одной из важнейших и наиболее общих задач плазмо-химии [83].
На базе плазмохимического разложения сероводорода возможно создание безотходной экологически чистой технологии его переработки. Твердые и жидкие отходы в процессе переработки не образуются. После разложения в продуктах присутствуют сера в жидком или газообразном состоянии, водород и остатки неразложившегося сероводорода. Сера отделяется конденсацией.
Водород легко может быть выделен из газообразных продуктов как традиционными методами, например, аминовым, так и с применением полимерных мембран, а оставшийся сероводород возвращают на вход установки.
450
Анализ современного состояния процессов получения водорода и серы из сероводорода
Сероводород является потенциальным источником двух продуктов с высокими потребительскими качествами -водорода и серы. Действующие технологии переработки сероводорода нацелены, в основном, на производство серы, а водород в них безвозвратно теряется, превращаясь в воду.
В последние два - три десятилетия в мире возник интерес к процессу диссоциации сероводорода, позволяющему получать наряду с серой и водород. При производстве 1 т серы методом диссоциации сероводорода образуется 690 м3 водорода стоимостью 62 дол. США в мировых ценах (в 1991 г. стоимость 1000 нм3 водорода составляла 70 дол. США). Уже такая оценка показывает перспективность переработки сероводорода методом разложения. В литературе представлен широкий спектр методов разложения сероводорода, среди которых такие, как термические, радиационно-химические, электрохимические, фотохимические и плазмохимические.
Рассмотрим подробнее эти методы.
4.7.1.1. РАДИОЛИЗ СЕРОВОДОРОДА
Радиолиз сероводорода экспериментально изучался в работе [23].
При температуре 250 °С и Т-облучении - 1,5 Мрад (радиа-ционно-химический способ) выход водорода составил 47,3 молекул/100 эВ при плотности H2S 60 мг/см3. Более высокий выход водорода в присутствии катализатора Al2O3 составил 67,8 молекул/100 эВ. Степень разложения сероводорода -7+9 %. Хотя удельные энергозатраты составили 1,8 кВт-ч/м3 H2S, тем не менее, низкое значение степени разложения, а также обеспечение радиационной безопасности делают радиолиз мало пригодным для промышленности.
4.7.1.2. ЭЛЕКТРОЛИЗ СЕРОВОДОРОДА
При электролизе водных растворов сероводорода или электролизе в жидком сероводороде на катоде выделяется водород, а сера - в анодном пространстве.
Сероводород в жидком состоянии можно разложить при комнатной температуре и повышенном давлении. Для увеличения степени электролиза к сероводороду добавляют пиридин [134]. Выход водорода практически достигает 100 %, а выход
29*
451
серы - 84 %. Остальная часть серы вступает в соединения с другими элементами.
В работах Kalma D.W., Maas Е.Т. [140, 141] изучались электрохимические методы непрямой конверсии сероводорода путем пропускания газообразного H2S через растворы йодистых соединений с различным pH. В кислой среде КПД процесса наиболее высокий, однако сера образуется в необычной липкой пластической форме, трудно отделяемой от электродов и конструкции электролизера. В щелочной среде КПД снижается, однако сера образуется высокого качества и не липнет. В работе нет данных об удельных энергозатратах.
Недостаток метода - низкая удельная производительность, а также необходимость вспомогательных реагентов для проведения процесса.
4.7.1.3. ФОТОХИМИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ СЕРОВОДОРОДА
