Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
4.7.2. НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО КИСЛОГО ГАЗА ЭЛЕКТРОДУГОВЫМ МЕТОДОМ С ПОЛУЧЕНИЕМ СЕРЫ
Исследования по диссоциации кислого низкопотенциального газа проводились на экспериментальном стенде, созданном нами совместно с институтом атомной энергии им. И.В. Курчатова (рис. 4.109).
Целесообразность проведения этих работ объясняется тем, что при переработке низкопотенциального кислого газа, т.е. когда концентрация сероводорода меньше, чем двуокиси углерода, традиционный процесс Клауса затруднен или неработоспособен. Так как плазмохимические системы требуют заметных затрат электроэнергии, то экономически выгодно внедрение новой технологии на малых месторождениях РФ. К таким месторождениям можно отнести малые месторождения Саратовской и Оренбургской областей, а также некоторые месторождения Иркутской и Архангельской областей. В исходном газе этих месторождений содержится от 0,1 до 2,5 % об. сероводорода и от 1,0 до 3,3 % об. CO2. При этом объем кислого газа колеблется от 100 до 500 м3/ч с количеством извлекаемой серы от 1,5 до - 4 т/сут.
Эксперименты проводились с различными смесями кислого газа в различном соотношении компонентов CO2 •.H2S -, 1) 50:50; 2) 70:30; 3) 80:20; 4) 90:10.
При проведении процесса диссоциации кислого низкопотенциального газа в дуговом плазмотроне образуется сера, как товарный продукт, и смесь отходящих газов, состоящая из водорода, окиси и двуокиси углерода и SO2. Конверсия сероводорода при этом может быть 99 %, удельный энерговклад колеблется от 1,0 до 1,4 кВт-ч/м3 кислого газа (в зависимости от концентрации сероводорода в кислом газе).
Однако в соответствии с международными нормами допустимых выбросов SO2 в атмосферу при малых объемах перерабатываемого газа с количеством извлекаемой серы до 5 т/сут конверсию сероводорода можно уменьшить до 75 % об. Это даст
480
возможность экономии электроэнергии при проведении процесса диссоциации кислого газа в электродуговом плазмотроне.
В ходе исследований определялись: удельный энерговклад, удельные энергозатраты, степень конверсии сероводорода, а также хроматографический анализ газа после диссоциации [32].
В настоящей работе приводятся результаты экспериментальных исследований диссоциации кислого газа с соотношением компонентов CO2; H2S = 70:30, т.е. C02/H2S = 2,33. Общий расход смеси Q = 3,08 м3/ч или 5,075 кг/ч.
Состав смеси: CO2 = 1,435 м3/ч; H2S = 0,615 м3/ч; N2 = 1,03 м3/ч.
Так как вдув кислого газа непосредственно в область горения дуги приводит к интенсивному разрушению материала анода, возникла необходимость применения газа-теплоносителя. В качестве газа-теплоносителя был применен азот.
Эксперименты проводились при 2-х энерговкладах: /, = = 1,06 кВт-ч/м3 и J2 = 1,93 кВт-ч/м3.
Для всех энерговкладов была рассчитана температура в реакционной зоне и значение энтальпий. Результаты экспериментальных исследований представлены в табл. 4.97.
Для сравнения экспериментов с расчетом были выполнены термодинамические расчеты для двух энтальпий и энерговкладов по программе "Астра", результаты которых представлены в табл. 4.98.
Таблица 4.97
Результаты экспериментальных исследований диссоциации кислого газа при соотношении CO2=H2S = 70:30
Компоненты Состав для /, Состав для J2
% кг/ч % кг/ч
H2S , CO2 SO2 • N2 COS , со ., H2 H2O I S2 Примечат Параметрі Я, = 3590 кД = 1817 К, эн1 энерговкладах торых привел путем. 5,145 26,05 39,61 0,16 17,85 4,61 6,575 100,0 ie. Jy, J2 ~ эне] J реакции: для ж/кг, конверсії, альпия H2 =-2 было исследов ены в таблице 0,243 1,588 1,517 0,013 0,687 0,013 0,162 4,223 0,70 зговклад, кВт-ч/ /, = 1,06 темпер я I1 = 74 %: Ju 342 кДж/кг, ко ано по три прос: Количество Cf 0,07 20,05 1,70 34,01 0,32 34,70 4,16 4,99 100,0 атура Т. = 1253 ія J2 = 1,93 тем нверсия L2 = 9 ы, усредненные ры было найде 0,003 1,222 0,153 1,347 0,026 1,381 0,011 0,123 4,266 0,80 К, энтальпия пература T2 = ) %. При всех ¦ значения ко-но расчетным
31 - 2364
481
Таблица 4.98
Результаты термодинамического расчета диссоциации кислого газа при соотношении C02:H2S = 70:30
Компоненты Состав для /, Состав для J2
моль/кг % кг/ч моль/кг % кг/ч
H2S а?' * COS со ¦>, H2 H2O S2 I Пршіечан Параметр H1 =-3590 кі = 1817 К, эн-энерговклада торых приве путем. 0,222 5,610 1,148 9,118 0,052 7,040 1,259 3,929 1,702 30,08 ие. J1, J2-ы реакции [ж/кг, ког гальпия H2 X было исс дены в та 0,74 18,65 3,82 30,31 0,17 23,40 4,19 13,06 5,66 100,0 - энерговк для /, = [версия L1 = 2342 кД ледовано г 5лице. Ко; 0,038 1,252 0,373 1,295 0,016 1,000 0,012 0,359 0,553 4,898 лад, кВт-ч 1,06 темпе = 61,8 %; д ж/кг, KOH га три про шчество с 1,665 9,421 0,062 9,118 0,339 2,941 0,619 3,157 1,674 28,996 /м3. ратура T1 = ля J2 = 1,S версия L2 5ы, усредн гры было 5,74 32,50 0,21 31,44 1,17 10,14 2,13 10,90 5,77 100,0 1253 К, э 3 темпераї = 70,5 %. енные зна найдено р 0,288 2,105 0,020 1,296 0,103 0,418 0,006 0,288 0,544 5,067 нтальпия rypa T2 = При всех ІЄНИЯ KO-асчетным
Сравнение экспериментальных исследований и термодинамического расчета показало, что эксперимент можно провести так, что при высоких энерговкладах сероводород в оставшемся газе практически отсутствует, а такого нежелательного компонента как SO2 в отходящем газе будет в 2 раза меньше. Так, при энерговкладе 1,93 кВт-ч/м3 сероводорода остается в газе 0,003 кг/ч 0,07 %, тогда когда по расчету его должно было остаться 0,038 кг/ч (0,74 %), т.е. на порядок больше.
