Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
В работах В.Д. Русанова, Е.И. Гуцевича, В.В. Василевского [16, 17] описан метод, основанный на высокой поглощающей способности молекулами сероводорода излучения, соответствующего ультрафиолетовой области спектра.
Особенность метода - высокая селективность по сероводороду при фотолизе смесей, так как спектры поглощения сероводорода и других компонентов (CH4, CO2, H2) не совпадают.
При квантовом выходе 1 M°^^™ (0,16 мол/эВ) в экспериментах достигалась степень разложения H2S - 99,9 %. Расчеты, выполненные по данным этих работ показали, что энергозатраты на разложение 1 м3 сероводорода составляют 7,5 кВт-ч. Учитывая, что КПД УФ-лампы около 20 %, удельные энергозатраты повышаются до 35+38 кВт-ч/м3 H2S.
Недостаток метода - высокие энергозатраты и низкая единичная мощность УФ-ламп. В связи с этим область применения УФ-метода ограничивается процессами тонкой доочистки кислого газа с содержанием H2S не более 1 % объемных.
4.7.1.4. ТЕРМИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ СЕРОВОДОРОДА
Одна из серьезных проблем термической диссоциации сероводорода - низкий выход водорода - 30+40 % при температуре до 1400 К. Увеличение выхода водорода путем отвода продуктов реакции из реакционной зоны изучено в
452
работе [130]. Авторы удаляли серу непрерывной конденсацией в охлаждаемом теплообменнике, а водород - периодическим охлаждением реакционной смеси жидким азотом, либо метанолом, либо моноэтаноламином (в промышленных условиях). Поиск катализаторов для процесса термической диссоциации H2S показал, что лучшие результаты дает дисульфид молибдена, спеченный с оксидом алюминия. В качестве сульфида металлов предлагаются сульфиды железа, кобальта, никеля. Общий недостаток таких процессов - высокий расход катализатора, обусловленный протеканием побочных реакций с образованием нестехиометрических сульфидов: Fe7S8, COS, NiS, 20 и т.д.
Существуют различные способы нагрева сероводорода: сероводород нагревается в реакторе циклического действия с твердым теплоносителем AL2O-,; сероводород нагревается в трубчатой печи с горящим топливом; получение водорода, серы и сероуглерода в процессе термической конверсии смеси сероводорода с метаном на катализаторе MoS2 при температурах 980-1060 К. Получение сероуглерода оправдано тем, что стоимость его на мировом рынке в 4 раза выше, чем серы и конверсия H2S в этом процессе всего 30 %.
Экономические оценки показали, что процесс каталитического подогрева смеси, получение при этом серы, сероуглерода и водорода с рециклом непрореагировавшей смеси является рентабельным.
Недостатки термической диссоциации: необходимость большой кратности циркуляции сероводорода и постоянного удаления водорода и серы из реакционной смеси, что связано с низкой конверсией сероводорода за один проход; применение дорогостоящих катализаторов, необходимых для ускорения процесса конверсии. Эти недостатки возникают в связи с проведением процесса диссоциации при низких температурах. Для увеличения степени конверсии сероводорода необходимо повышение температуры, что в свою очередь увеличивает скорость реакции и тогда отпадает необходимость в использовании катализатора.
Однако при традиционных способах нагрева температура не может превышать 1400 К, так как с одной стороны, температура процессов горения с дальнейшей теплопередачей ограничена, а с другой при теплопередаче через стенку или твердым теплоносителем более высокие температуры вызывают недопустимые тепловые нагрузки на материалы. Кроме того, возникают кинетические проблемы, связанные с недостаточной скоростью теплопередачи.
453
4.7.1.5. ПЛАЗМОХИМИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ СЕРОВОДОРОДА
Большой вклад в развитие исследований по плазмо-химической диссоциации сероводорода внесли работы В.Д. Русанова и сотрудников [83].
Впервые процесс диссоциации сероводорода в СВЧ-разряде был изучен в работе [15] на экспериментальной установке стандартного СВЧ-генератора "Парус" мощностью излучения 2 кВт и частотой излучения 2400 МГц. Разряд зажигался в кварцевой трубе, расположенной перпендикулярно к широкой стенке волновода. Сероводород подавался в реактор через ротаметр РС-5, позволяющий измерять его расход. Газ с помощью газораспределителя подавался в разрядную зону тангенциально. За разрядной зоной устанавливался теплообменник с водяным охлаждением, где происходила конденсация серы. Газообразные продукты реакции пропускались через систему азотных ловушек, в которых происходило вымораживание не-продиссоциированного сероводорода.
Исследование диссоциации сероводорода проводилось при давлении 100 ГПа. Мощность Wn, поглощаемая плазмой равнялось 1,2 кВт. Полученные результаты показали, что минимальные энергозатраты на образование молекулы водорода составляют 0,85 кВт-ч/м3 H2 при степени диссоциации сероводорода а = 45 %.
Авторы объясняют полученные значения диссоциации сероводорода тем, что при тангенциальной подаче газа часть плаз-мообразующего газа проходит мимо разрядной зоны и не участвует в процессе диссоциации.
В ряде работ [9, 8] было исследовано разложение сероводорода в закрученном потоке в СВЧ и ВЧЕ-плазмохимических реакторах.
