Введение к работе
Актуальность проблемы. Ужесточение требований к выбросам сернистых соединений в атмосферу, возрастающая потребность в попутной элементарной сере и необходимость комплексного использования природных ресурсов выдвигают задачу создания новых безотходных технологий переработки сероводорода. Сероводород является потенциальным источником получения не только серы, но и водорода , который используется в процессах нефтепереработки, производства аммиака и метанола, а в перспективе рассматривается как универсальный энергоноситель и топливо, способный решить энергетические и экологические проблемы будущего.
Наиболее распространена технология переработки сероводорода методом Клауса с получением серы. Содержащийся в сероводороде водород в процессе Клауса окисляется до воды, а выделяющаяся энергия расходуется на технологический нагрев и производство пара В ряде случаев экономически оправданным является получение водорода и использование его в других технологических процессах. Так, значительные количества водорода потребляются в процессах нефтепереработки, причем производство водорода как побочного продукта на многих НПЗ удовлетворяет потребности в водороде не более, чем на БО-70%. Получение из сероводорода наряду с серой и водорода позволит снизить либо снять потребности НПЗ в производстве дополнительного водорода.
В связи с этим создание экологически чистой технологии получения серы и водорода из сероводорода является важной и актуальной задачей.
Цель работы. Исследование процесса разложения сероводорода в электродуговой плазме и разработка плазмохимической технологии получения серы и водорода
Основные задачи исследования:
-
Экспериментально показать возможность эффективного разложения сероводорода в электродуговой плазме;
-
Определить оптимальные условия проведения процесса и разработать методики расчета плазмохимических реакторов, обеспечивающие выполнение этих условий;
-
Разработать технологические схемы плазмохимического процесса переработки сероводорода и показать его экономическую эффективность.
Научная новизна:
-
Впервые экспериментально изучен процесс диссоциации сероводорода в плазменной струе электродугового плазмотрона;
-
Уточнено значение предэкспоненты константы скорости гомогенной реакции термической диссоциации сероводорода, которая
is 3 составляет 8,8-10 см /(моль-с). Показано, что для сохранения
достигнутой в реакционной зоне степени конверсии сероводорода
достаточно обеспечить закалку продуктов реакции до температуры
1000 К со скоростью 10 К/с;
-
В результате экспериментального исследования различных способов смешения сероводорода с плазменной струей установлено, что равновесные показатели процесса достигаются в режиме интенсивного соударения радиальных струй сероводорода на оси реактора, минимальные энергозатраты при этом составляют 2,4 кйг-ч/нм Hg;
-
Показано, что при вихревой стабилизации плазменной струи на оси реактора, обеспечении тангенциальной скорости газа на границе плазмэнной струи около 300 м/с и ограничении перетока газа через торцевой пограничный слой в результате реализации центробежного эффекта энергозатраты снижаются до 1,5 кВт-ч/нм Нг, что значительно меньше минимального равновесного значения.
Практическая ценность. На основе полученных результатов разработаны методы расчета реактора с интенсивным соударением струй сероводорода и реактора, в котором реализуется центробежный эффект. Разработаны технологические схемы нового процесса переработки сероводорода в электродуговой плазме, в котором отсутствуют выбросы сернистых соединений в атмосферу и производится два продукта - водород и сера.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на XI Всесоюзной конференции по генераторам низкотемпературной плазмы - Новосибирск, июнь 1989 г.; на XV Межотраслевом семинаре "Атомно-водородная энергетика и технология" - Москва, май 1990 г.; на IX Международной конференции по водородной энергетике - Париж, июнь 1992 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ и получено 1 положительное решение на предполагаемое изобретение.
Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 163 наименования, и приложения. Она изложена на 185 страницах и включает
46 рисунков и 9 таблиц.
