Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
466
г кВт-ч г кВт-ч
'M3H2S ^'M3H2S
Рис. 4.108. Зависимость степени конверсии а и энергозатрат E от энерговклада J для смеси H2S : N2 = 4 : 1
2,88 кВт-ч/м3 H2 для давлений 104 и 10а Па соответственно, для отношения концентрация H2S : N2 = 4 : 1 минимум энергозатрат составляет 2,34 и 2,68 кВт-ч/м3 H2 при тех же давлениях.
Таким образом, термодинамические расчеты показывают, что повышение давления с 0,01 до 0,1 МПа приводит к росту минимума энергозатрат на 0,3-0,5 кВт-ч/м3 H2 или на 15-25 %. Любое разбавление сероводорода также ведет к росту энергозатрат, причем при разбавлении азотом увеличение менее значительное, чем при разбавлении водородом. Оптимальной организации процесса соответствует область энерговкладов 1,5-2,5 кВт-ч/м3 H2S, при этом концентрация сероводорода достигает 90 %.
Результаты экспериментального исследования
процесса разложения сероводорода
в дуговом разряде '
Для проведения исследований по разложению сероводорода в электродуговом плазмохимическом реакторе создана экспериментальная установка, схема которой представлена на рис. 4.109 [24].
В качестве электродугового нагревателя газа использован серийный плазмотрон ПУН-3, модифицированный под работу
30*
467
¦¦¦і
І
N2 HjS
IMIlIiMl
H25N2, H,S
1
H2) N2
К хроматографу
Рис. 4.109. Схема экспериментальной электродуговой плазмохимической установки:
/ - ротаметры, 2 - плазмотрон, 3 - узел подачи сероводорода, 4 - реактор, 5 - закалочное устройство, б - серосборник, 7 - азотные ловушки, 8 - система измерения расхода отходящих газов
на водороде и азоте с расходом 1-5 м3/ч Электропитание плазмотрона осуществлялось от источника питания АПР-403 мощностью до 30 кВт, ток 50-200 А, напряжение холостого хода 320 В, рабочее напряжение 50-200 В.
Подача газа обеспечивается от газовых баллонов вместимостью 40 л Газ из баллона поступает в ротаметр с входным и выходным регулированными вентилями и далее подается в плазмотрон Подача газа в разрядную зону осуществляется через тангенциальный завихритель для стабилизации дуги на оси анода и теплоизоляции анода Электрическая дуга под действием динамического напора газового потока растягивается и обеспечивает интенсивный нагрев газа На выходе из сопла анода плазмотрона образуется высокотемпературный газовый
468
факел со среднемассовой температурой 2000-5000 К. К фланцу плазмотрона крепится узел ввода сероводорода. Конструкция узла ввода сероводорода позволяет осуществлять подачу газа как радиальными сталкивающимися струями, так и тангенциально-плазменной струей.
В узле ввода сероводорода происходит смещение газа-теплоносителя и сероводорода, которое продолжается в реакторе, где при температуре смеси газов 1500-2500 К происходит диссоциация сероводорода. На выходе из реактора образуется смесь, состоящая из газа-теплоносителя, водорода, паров серы и непродиссоциировавшего сероводорода.
Эта смесь после охлаждения с температурой 500-700 К проходит серосборник, где происходит конденсация паров серы. Далее газ проходит через фильтр для улавливания мелкодисперсной серы и поступает в систему азотных ловушек, где происходит конденсация непродиссоциировавшего сероводорода. Затем газовая смесь, пройдя вакуум-насос, поступает в систему измерения расхода газа, позволяющую при известном расходе газов на выходе вычислять конверсию сероводорода. В установке предусмотрен отбор газа для проведения газового анализа на хроматографе. Так как вдув сероводорода непосредственно в область горения дуги приводит к интенсивному разрушению материала анода (меди), возникла необходимость применения газа-теплоносителя, нагреваемого в плазмотроне. В качестве газа-теплоносителя был применен водород или азот.
При проведении экспериментальных исследований по разложению сероводорода в плазменной струе первоначально была поставлена цель - квазиравновесной организации процесса и достижения выхода водорода, близкого к рассчитанному по термодинамике при данной температуре или энерговкладе. При этом из-за высокой скорости диссоциации при рабочих температурах (1500-2000 К) выход водорода находится в прямой зависимости от скорости смешения сероводорода с плазменной струей. Наиболее широкое применение в технике нашли смесители, в которых один из смешивающихся компонентов дробится на струи и подается в поток другого под углом, близким к 90°.
В экспериментах в качестве плазмообразующего газа использовался водород с расходом 1,9 м3/ч, который подавался от реактора в смеситель. Сероводород с расходом 2,5 м3/ч дробился в смесителе на восемь симметричных радиальных струй и под углом 90° подавался в плазменную струю. Площадь сечения отверстий для ввода сероводорода составляла
469
3,5 мм2, диаметр смесителя и реактора 50 мм, длина реактора 175 мм. Результаты экспериментов представлены на рис. 4.110.
Удельный энерговклад /, удельные энергозатраты E и степень конверсии а определяется как
/=3_; E= ^e. = ¦L; a =-2^, ,\\ /
где Wp - мощность, вносимая в реактор плазмообразующим газом; Q11^ - расход исходного сероводорода; Qh2- расход водорода, полученного в результате разложения сероводорода.
