Расембуаринирина Аллис Аминах. Закономерности окислительно-адсорбционного процесса очистки газов от сероводорода на активных углях

Короткий опис

Расембуаринирина Аллис Аминах. Закономерности окислительно-адсорбционного процесса очистки газов от сероводорода на активных углях : диссертация ... кандидата технических наук : 02.00.13.- Москва, 2000.- 138 с.: ил. РГБ ОД, 61 00-5/2975-9

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНЖЕРСИТЕТ
НЕФТИ И ГАЗА ИМ. И.М. ГУБКИНА
На правах рукописи
УДК 66. 074. 5. 08Г 3. 097
РАСЕМБУАРЕПНИРИНА Аллис Аминах
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОКИСЛИТЕЛЬНО-АДСОРБЦИОННОГО
ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА
НА АКТИВНЫХ УГЛЯХ.
02.00.13 — Нефтехимия
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва
2000
СТР
Введение 4
Глава I. Очистка природных и технологических газов от
сернистых соединений с помощью твердых сорбентов 7
1.1. Адсорбционные методы очистки природного газа от
сернистых соединений 8
1.2 Хемосорбционные методы 13
1.2.1 Очистка газов с использованием хемосорбентов на основе
оксидов железа 14
1.2.2 Очистка газов с использованием хемосорбентов на основе
оксида цинка 16
1.2.3 Очистка газов с использованием хемосорбентов на основе
оксидов меди 20
1.2.4 Хемосорбенты на основе оксидов молибдена 21
1.3 Окислительные методы 24
1.3.1. Методы очистки с использованием твердого окислителя. 24
1.3.2. Каталитические окислительные методы с использованием
окислителя, добавляемого в очищаемый газ 27
1.3.2.1. Каталитическое окисление сероводорода на активных
углях 27
1.3.2.2 Методы изучения реакции окисления НгЗ на
активных углях и исследования её механизма 38
1.3.2.3 Побочные окислительные процессы, протекающие в
ходе прямого окисления сероводорода на активных углях 56
2
Глава II. Экспериментальная часть 59
2.1 Цели и задачи эксперимента 59
2.2 Объекты исследования 60
2.3 Описание экспериментальной установки 64
2.4 Методики проведения эксперимента 66
2.4.1 Изучение кинетики окисления сероводорода в
безградиентном реакторе (на зерне) 66
2.4.2 Проведение эксперимента по изучению кинетики
окисления сероводорода в интегральном реакторе (в слое) 68
2.4.3. Проведение эксперимента по изучению кинетики
восстановления серной кислоты сероводородом на АУ 69
2.5. Аналитические методы, используемые в эксперименте 71
2.5.1 Определение содержания сероводорода в газе 71
2.5.2 Определение содержания сернистого ангидрида в газе 72
2.5.3 Определение содержания серной кислоты в активном угле 74
2.5.4 Определение содержания серы в активном угле 75
Глава III. Изучение кинетики окисления сероводорода на
зерне АУ 80
Глава IV. Изучение кинетики восстановления серной кислоты
сероводородом на АУ 90
Глава V. Исследование взаимодействия сероводорода
с кислородом в слое АУ 98
Глава VI. Исследование активных углей, выпускаемых в России,
в процессе очистки газов от сероводорода 108
Выводы
Приложения
Литература
4
ВВЕДЕНИЕ
За последние 20 лет мировое потребление энергии увеличилось на 38%,
природного газа - на 50%, нефти - на 12% и угля - на 28%.
Даже в условиях жёсткой конкуренции энергоносителей роль газа, как
наиболее экологически чистого вида топлива, заметно возрастает и, по
прогнозам экспертов, его доля в энергобалансе мира к середине 21 века
может составить 28 - 30%.
В топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) России доля природного
газа составляет 50%. Прогнозируется увеличение её в 2010 г до 58%.
Для России, имеющей 33% разведанных запасов и свыше 40%
прогнозных ресурсов газа планеты (мировые доказанные запасы природного
газа составляют более 148 трлн м^), газ является не просто очередным
эффективным энергоресурсом, а важнейшим средством решения многих
сложных социальных и экономических проблем.
В настоящее время 66% добываемого в России природного газа
потребляется внутри страны, 20% экспортируется в страны Центральной,
Юго-восточной и западной Европы, 14% - в страны СНГ и Балтии.
Газовая промышленность России, в которой трудится лишь 0,4%
занятых в народном хозяйстве, даёт 6% валового продукта производства
(ВПП). Она стала ключевой в решении широкого спектра наиболее острых
стратегических задач социально-экономического развития России.
Новые сферы применения природного газа открываются в сфере ряда
технологических процессов, в частности это касается, чёрной и цветной
металлургии, а также в сельскохозяйственном производстве и коммзлнально-
бытовом секторе, в строительной индустрии.
Использование природного газа на транспорте даёт возможность
существенно снизить вредное воздействие техники на окружающую среду.
5
Заложенные природой в этот вид топлива высокие физико-химические и
антидетонационные свойства позволяют заменять им высокооктановые
бензины и снижать выбросы до значений, з^азанных в действующих в
развитых странах нормативах.
Многие природные газы в своём составе содержат сернистые
компоненты. Среди сернистых компонентов чаше всего встречаются H2S,
меркаптаны RHS, серооксид углерода COS, сероуглерод CS2, сульфиды RSR.
Сернистые соединения отравляют катализаторы в процессах
переработки газа. При сгорании они образуют оксиды серы, содержание
которых в воздушном бассейне опасно для человека и окружающей среды.
Требования к газу, подаваемому потребителям, по содержанию
сернистых компонентов постоянно растут. Допускается содержание H2S в
природном газе не более 5,7 мг/м^, общей серы - не более 50 мг/м^. С
ужесточением норм по охране окружающей среды и всё большим
использованием газа в качестве технологического и химического сырья
необходимо практически полное извлечение сернистых компонентов из газа.
В настоящее время добыча сероводородсодержащего природного газа в
странах СНГ составляет около 10% всего объёма потребляемого газа. При
этом содержание сероводорода в газах колеблется в широких пределах - от
нескольких долей до десятков процентов. Такой газ перед подачей
потребителю подвергают очистке.
Окислительно-адсорбционный процесс очистки газов известен с 20-х
годов и широко применяется в промышленности. В то же время количество
научных статей и патентов, посвященных различным аспектам этого
процесса, практически не сокращается. Это является свидетельством того,
что с одной стороны, этот процесс представляет интерес для
промышленности и является перспективным, с другой стороны, что процесс
изучен недостаточно полно и возникает целый ряд проблем при его
6
реализации для решения которых проводятся новые научно-
исследовательские работы.
Целью данной работы является исследование одного из
технологических процессов очистки природного газа от сернистых
соединений - процесса окислительно-адсорбционной очистки на активных
углях (АУ).

Список літератури

ВЫВОДЫ
1. Проведены систематические исследования реакций, проходящих при
каталитическом окислении сероводорода на активных углях, направленные
на совершенствование технологии и улучшение работы установок очистки
газовых сред окислительно — адсорбционным методом.
2. Разработана методика испытания АУ, позволяющая измерять
основные эксплуатационные характеристики образцов АУ (предельная
сероёмкость, длина зоны массопередачи, селективность). Методика
рекомендуется для прогнозирования поведения различных марок АУ в
процессах очистки и регенерации.
3. Проведено кинетическое исследование закономерности окисления
НгЗ кислородом на зерне АУ, позволившее рассчитывать динамику сорбции
НгЗ в слое АУ в зависимости от начальной концентрации НгЗ, температуры и
линейной скорости очищаемого газового потока. Установлена
количественная зависимость скорости этой реакции от содержания
адсорбированной серы на поверхности угля. Экспериментальные данные
обобщены в виде кинетических уравнений. Рассчитана энергия активации
изучаемой реакции.
4. Изучена динамика сорбции НгЗ в слое АУ различных марок и
распределение продуктов окисления НгЗ (сера и серная кислота) вдоль слоя
АУ в зависимости от времени работы слоя.
5. Определено "время защитного действия " (время до проскока) слоя
различных марок АУ по НгЗ и ЗОг. Построены выходные кривые по этим
соединениям. Установлено, что лимитирующей стадией процесса является
проскок 802.
6. Изз^ена кинетика восстановления Н2804 адсорбированной на АУ,
что позволяет управлять этим процессом, варьируя концентрацию Н28 и