Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
Эксперименты с СВЧ-разрядом проводились на частоте 2,45 ГГц при мощности генератора до 2 кВт. Тангенциальная составляющая скорости газа, поступающего в разрядную зону, ?>ф ~ 3¦1O4 см/с. Средняя мощность, поглощаемая разрядом 1,2 кВт, давление в плазмотроне - 50-100 ГПа, расход сероводорода 0,15-0,5 л/с. Степень диссоциации сероводорода определялась с помощью газоанализатора. При минимальных энергозатратах 0,7 эВ/мол степень диссоциации составила 45 %. Максимально достигнутая степень диссоциации сероводорода составила 80 %.
Эксперименты с СВЧ-разрядом проводились в аналогичных условиях.
454
Мощность генератора составляла 4 кВт, частота - 40 МГц, расход плазмообразующего газа был 0,15-0,4 л/с при давлении 100 ГПа. Сероводород подавался в разряд тангенциально со скоростью вращения, близкой к скорости звука. Достигнутая максимальная величина энергозатрат составляла 1 эВ/мол, максимальная степень конверсии близка к 100 %.
Для объяснения механизма процесса авторы предполагают, что если процесс квазиравновесный, т.е. имеет место установление химического равновесия при данной температуре на первой стадии и стабилизация продуктов при охлаждении -на второй, то энергетические параметры процесса можно охарактеризовать с помощью понятий абсолютной и идеальной закалки. Абсолютная закалка предполагает сохранение количества продукта при охлаждении. Идеальная закалка предполагает сохранение степени разложения. Идеальная закалка лучше, чем абсолютная отражает особенности процесса. Однако различие степени конверсии и энергозатрат, рассчитанных для случаев абсолютной и идеальной закалки, невелико, так как мала концентрация радикалов (H1 S1 HS).
Основные потери энергии в квазиравновесном процессе с последующей абсолютной или идеальной закалкой заключаются в нагреве газа и в энергии, выделяющейся при рекомбинации молекул S2 до S8 и конденсации в твердую серу.
Осуществлением "сверхидеальной" закалки, полезно использующей вышеупомянутую энергию, и отсутствием равновесия при нагреве сероводорода авторы и объясняют полученные экспериментальные результаты.
Был предложен механизм неравновесности, обусловленный быстрым выносом тяжелых молекул и зародышей конденсированной фазы (кластеров) из активной зоны на периферию. Такой вынос эффективно происходит в поле центробежных сил благодаря тангенциальной подаче газа при условии
T X-L 2
где т - масса S2; vv - тангенциальная составляющая скорость потока H2S по радиусу реактора; T - средняя температура высокотемпературной зоны; RhL- радиус и длина активной зоны; M2 - число Маха для продольного движения газа; X -длина свободного пробега молекулы.
Доля серы, выносимая к стенке за время пребывания газа в высокотемпературной зоне, равна
455
где D - коэффициент температуропроводности; v, - продольная скорость газа, снижается по мере увеличения расхода газа.
Таким образом, по мнению авторов [9, 8], центробежный эффект повышает устойчивость продуктов по отношению к обратным реакциям и снижает затраты энергии на получение продукта.
Важным фактором, влияющим на степень разложения сероводорода, является время охлаждения газовой смеси.
Авторы работы [114] экспериментально исследовали термическое разложение сероводорода в проточном реакторе при температурах от 600 до 1300 °С. Результаты опытов показали, что разложение сероводорода начинается при температуре 600 °С, однако, заметно сероводород разлагается при температуре свыше 800 °С. Вследствие обратимости реакции разложения сероводорода степень разложения представляет собой суммарный результат двух противоположно направленных процессов. В целях уменьшения протекания обратной реакции была увеличена скорость охлаждения газовой смеси, что позволило увеличить степень разложения сероводорода.
Таким образом, на основании полученных экспериментальных данных авторы заключают, что наиболее важным фактором, определяющим степень разложения сероводорода, является время охлаждения газовой смеси после реакционной зоны.
Кинетика разложения сероводорода при высоких температурах охлаждения (закалки), необходимая для стабилизации продуктов диссоциации, была изучена авторами работы [74].
Численно исследована диссоциация сероводорода в термической плазме на основе полного детального механизма этого процесса, включающего в себя как прямые, так и обратные реакции. В работе определены скорости охлаждения (закалки), необходимые для стабилизации продуктов диссоциации, и энергозатраты на получение водорода в термических плазмо-химических системах. Были получены кинетические кривые, описывающие изменение концентраций реагентов в процессе разогрева со скоростью V = 108-К-с~' и установления термодинамического равновесия при конечной температуре T = 1700 К. Найдено, что характерное время диссоциации при 1700 К равно 5-Ю"3 с. Причем, указанное время значительно меньше характерного времени пребывания газа в плазмохимическом реакторе.
456
Получена зависимость удельных энергозатрат А на получение водорода от удельного энерговклада E (и температуры разогрева) на основе термодинамического расчета [73].
