Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
По содержанию водорода в оставшемся газе эксперимент практически совпадает с расчетом: по экспериментальным данным количество водорода равно 0,011 кг/ч или 4,16 % об., а по расчету 0,012 кг/ч или 4,19 % об.
Количество SO2 в эксперименте практически отсутствует, а COS - на порядок меньше, чем показал расчет. Конверсия при этом энерговкладе выше расчетной, однако в сравнении с конверсией при энерговкладе 1,93 кВт-ч/м3 она намного ниже: так при энерговкладе 1,93 кВт-ч/м3 конверсия по сере равна 90 %, а при энерговкладе 1,06 кВт-ч/м3 - 73,6 %.
Серы в эксперименте также получилось больше, чем по расчету, и соответственно конверсия в пересчете на серу выше:
эксперимент - сера - 0,8 кг/ч, конверсия - 90 %;
расчет - сера - 0,553 кг/ч, конверсия - 70,5 %.
Все это относится к энерговкладу - 1,93 кВтч/м3.
При более низком энерговкладе / = 1,06 кВт-ч/м3 содержа-
482
ниє сероводорода в неразложившемся газе по экспериментным данным почти совпадают с расчетом.
Однако серы и водорода в эксперименте получилось больше, чем это показал расчет:
эксперимент - сера - 0,7 кг/ч, водород - 0,013 кг/ч;
расчет - сера - 0,544 кг/ч, водород - 0,006 кг/ч.
Такое различие эксперимента и расчета в образовании продуктов диссоциации кислого газа можно объяснить кинетикой процесса, т.е. скоростью охлаждения или скоростью закалки продуктов. В институте им. И.В. Курчатова была исследована кинетика процесса диссоциации сероводорода в смеси с CO2 в термической плазме [75]. Изучая кинетику диссоциации H2S в смеси с CO2, установлено, что, измеряя температуру в зоне реакции, можно подобрать такую скорость охлаждения, при которой полностью сохраняя необходимый продукт, удается уменьшить выход SO2. Так, при скорости охлаждения v = = \0Л К/с выход SO2 уменьшается на 10 %, снижение же эффективности закалки до в = 104 К/с позволяет уменьшить выход SO2 на 50 %.
Пользуясь графиком зависимости удельных энергозатрат от температуры нагрева и энерговклада [75], находим, что для условий нашего эксперимента, при / = 1,93 кВт-ч/м3 и T = = 1817 К скорость закалки равна 104 К/сек.
Технологическая схема переработки кислого газа электродуговым методом приведена на рис. 4.115.
Кислый газ подается в плазмотрон через узел ввода, конструкция которого позволяет осуществлять подачу газа как радиальными струями, так и тангенциально-плазменной струей. Диссоциация кислого газа происходит в реакторе при температурах 1500-И 600 К. На выходе из реактора образуется смесь, состоящая из двуокиси углерода, водорода, окиси углерода, не-прореагировавшего сероводорода и SO2. Выходящий из реактора технологический газ поступает на охлаждение в теплообменник, где охлаждается водой до температуры 1000 К. Охлаждение ведется методом впрыска воды, температура которой должна быть 20-кЮ °С. Затем, вся смесь направляется в конденсатор, где охлаждается до температуры конденсации серы. Охлажденный технологический газ обезвреживается в печи дожига за счет тепла сгорания топливного газа.
Затем продукты сгорания сбрасываются в дымовую трубу. Плазмообразующий газ - азот, применяется для того, чтобы защитить электроды от коррозии [31].
Для понимания процессов, происходящих на электроде (аноде), рассмотрим особенности привязки к нему электрической
31*
483
Азот
Кислый газ
Вода
К1
~~г
Сера
Топливный газ
Рис. 4.115. Технологическая схема переработки кислого газа электродуговым методом:
/ - источник питания; 2 - электродуговой плазмотрон; 3 - реактор; 4 - теплообменник; 5 - конденсатор серы; б - печь дожита; 7 - дымовая труба
Дымовые газы
дуги. Ток, протекающий через дугу, замыкается не по всей поверхности анода, а в локальной области, называемой анодным пятном дуги. Плотность тока и плотность потока энергии в анодном пятне составляет огромные величины. При стационарном положении анодного пятна столь высокий тепловой поток невозможно отвести, анод в области анодного пятна будет плавиться и разрушаться. Во избежание этого анодную привязку дуги вращают, подавая плазмообразующий газ закрученным потоком и накладывая на анод магнитное поле, дополнительно подкручивающее радиальный участок дуги. В этом случае тепловой поток распределяется по всей поверхности анода, плотность теплового потока значительно снижается, и может быть обеспечен нормальный теплоотвод.
Средняя температура рабочей поверхности наиболее распространенных медных анодов при нормальной работе плазмотрона за счет высокой теплопроводности меди близка к температуре охлаждающей жидкости. Напротив, в качестве материала катода обычно используют тугоплавкие материалы, такие как вольфрам, уголь для обеспечения термоэмиссии электронов, а температура рабочей области катода близка к температуре плавления соответствующего материала.
При работе плазмотрона непосредственно на кислом газе было выявлено, что в то время, как вольфрамовый катод не претерпевает видимых изменений, анод, изготовленный из меди, разрушается в течение нескольких минут.
Разрушение анода, изготовленного из латуни также наблюдалось, если плазмотрон работал на кислом газе. Однако при подаче на анод плазмообразующего газа - азота, после часа работы видимых изменений анода не происходило.
