Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
Для повышения выхода серы предлагается добавлять кислород в исходную смесь. Расчет показал, что при температуре выше 900 К вся кислородная добавка расходуется на образование монооксида углерода, препятствуя тем самым образованию сероуглеродных комплексов.
Добавление кислорода позволяет также добиться снижения энергозатрат на получение продукта. Так, при мольной доле пропана в смеси 15 %, введение добавки кислорода 15 % позволяет в три раза снизить энергозатраты на получение водорода и в два раза в расчете на атомарную серу с учетом потерь серы в сероуглеродных соединениях.
Плазмохимическое разложение сероводорода в дуговом
459
плазмотроне исследовано Л.А. Черниховским с сотрудниками [10, 125]. Так, в [10] приведены результаты экспериментов по разложению H2S в смеси с двуокисью углерода, где газом-теплоносителем является аргон. Смесь газов (H2S + CO2) вводилась в плазменную струю через сопла, которые заканчивались за анодом, поддерживающим горение дежурной дуги. Второй анод находился на расстоянии 20 мм от первого. Газообразные продукты выходили в водоохлаждаемую камеру, где охлаждались до температуры 140 °С и после отделения жидкой серы анализировались на газовом хроматографе (рис. 4.103).
Было проведено несколько вариантов экспериментов: при мощностях 2 кВт, 3 кВт и 4 кВт, при различных соотношениях сероводорода и двуокиси углерода, при различных добавках метана.
Процесс SULFAKC описан двумя последовательными реакциями:
4 Аргон или
/ СО, ,
Рис. 4.103. Схема экспериментального реактора лабораторного масштаба:
/ - факел; 2 - ввод газа; 3 - факел; 4 - катод; 5 -плазмотрон; 6 - анод плазменного факела; 7 -система инжектирования; 8 - ввод газа; 9 - реакционная камера; 10 - анод для перемещаемой контролируемой дуги; // - водо-охлаждаюшая камера
Таблица 4.96
Результаты экспериментов для мощности управляемой дуги
Параметры Номер эксперимента
4 5 6
Мольное отношение С02/Н2, 0,44 0,87 1,75
(вход)
Общий расход газа, л/мин 12,5 12,5 13,8
Конверсия H2S в H2 + СО, % 64,4 76,3 99,1
Мольное отношение СО/H2, 0,46 1,67 17,5
(выход)
fr
H2S + CO2 -» H2O + S + СО; СО + H2O -» CO2 + H2.
Первая реакция легко проводится в дуговом реакторе, а что касается второй реакции, полученные газы CO2 и H2 разделяются путем сжатия и разложения или извлечением карбонатными растворами.
Определенные результаты этих экспериментов для мощности управляемой дуги 3 кВт представлены в табл. 4.96.
Оценки, выполненные по данным табл. 4.96, дают величину энергозатрат для эксперимента № 6 E ~ 6 кВт-ч/м3 (H2 + СО), которая существенно выше оптимальных энергозатрат для данной смеси, рассчитанных в предположении идеальной закалки продуктов.
В случае присутствия в смеси метана происходят три параллельные реакции:
H2S -» H2 + S;
H2S + CO2 -» H2O + СО +S; ,
CH4 + CO2 -> 2H2 + 2СО.
Конечный состав продуктов во всех трех реакциях зависит от начальных соотношений потоков. Так, при соотношении H2S-CH4-CO2 = 1,2:1,7:1 степень конверсии H2S - 73 %, а метана - только 10 %. Однако при избытке CO2 происходит почти полное разложение сероводорода и метана.
Авторы провели эксперименты и без применения газа-теплоносителя аргона, при соотношении C02:H2S = 1,75, расходе газа, равном 13,8 л/мин (0,83 м3/ч), конверсия сероводорода составила 99,1 %, CO2 - 100 % при энергозатратах, равных ~ 6 кВт-ч/м3 смеси.
В работе [10] приведен энтальпийный баланс при температуре 298 К и атмосферном давлении следующих реакций:
461
H2S -> H2 + 1/2S (т) - 0,25 кВт-ч/м3 H2S;
H2S + CO2 -» H2O (ж) + S (т)'+ CO2 - 0,76 кВт/м3 H2S;
CH4 + CO2 -» 2H2 + 2CO • - 3,07 кВт-ч/м3 CH4;
СО + H2O (ж) -> CO2 + H2 * + 0,51 кВт-ч/м3 СО;
CH4 + H2S -» CS2 + 3H2 - 2,27 кВт-ч/м3 H2S.
Фактически реальные энергозатраты при проведении лабораторных экспериментов составили ~ 7 кВт-ч/м3 смеси H2S + + CO2.
Авторы процесса SULFAKC провели также эксперименты в новом типе реактора при различных соотношениях H2S и CO2 при атмосферном давлении и мощностях, близких к промышленным. При мощности 8 кВт был проведен ряд экспериментов в смеси H2S и CO2, где была получена высокая степень разложения сероводорода (-99,8 %) при меньших энергозатратах (ниже 4 кВт-ч/м* H2S) [125]. Процесс SULFAKC предлагается промышленности для замены процесса Клауса в том случае, когда концентрация CO2 в газе равна или более 60 % об., что ведет к отравлению катализатора Клауса.
Кроме того, авторы [125] считают, что предложенный ими процесс плаэмохимического разложения смеси H2S и CO2 в дуговом реакторе имеет ряд преимуществ перед существующими в настоящее время процессами разложения сероводорода. К основным преимуществам предложенного процесса относится проведение процесса при атмосферном или повышенном давлении; нет необходимости в разделении полученных продуктов (при степени разложения -100 %), а также в отличие от других плазмотронов дуговые плазмотроны выпускаются для промышленных нужд.
а Расчет процесса диссоциации сероводорода
Теоретическое описание химического процесса, осуществляемого в газоразрядной системе, требует учета всего многообразия атомно-молекулярных, энергетических превращений, происходящих в системе. Математически это сводится к решению обширной системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, включающей баланс энергии, материальный баланс заряженных и нейтральных частиц, уравнения газовой электродинамики. Аналитически она может быть решена только для сравнительно простых случаев, і., н .ч ,, ....
