RU2131396C1 - Способ получения серы и водорода из сероводорода - Google Patents
Способ получения серы и водорода из сероводорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2131396C1 RU2131396C1 RU98101734A RU98101734A RU2131396C1 RU 2131396 C1 RU2131396 C1 RU 2131396C1 RU 98101734 A RU98101734 A RU 98101734A RU 98101734 A RU98101734 A RU 98101734A RU 2131396 C1 RU2131396 C1 RU 2131396C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- hydrogen sulfide
- hydrogen
- gas
- reactor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способу получения серы и водорода из сероводородсодержащих газов. Сущность изобретения заключается в введении сероводородсодержащего газа в плазму и последующем выводе продуктов реакции из реактора, при этом в качестве плазмообразующего газа используют молекулярный водород в термически диссоциированном состоянии, а сероводородсодержащий газ смешивают с плазмой в быстропроточном реакторе вне пределов электрического разряда в условиях неравновесного плазмохимического процесса. Согласно изобретению снижаются энергозатраты на осуществление способа и обеспечивается возможность получения целевых продуктов из газов с низким содержанием сероводорода. 2 ил.
Description
Изобретение относится к химической промышленности и в частности к технологии получения серы из сероводородсодержащих газов.
Известен способ получения серы S2 и водорода H2 из сероводорода методом термического разложения (см. описание к патенту США N 4302434, НКИ 423-573, 1981 /1/). Способ заключается в том, что газ, содержащий сероводород пропускают через зону разложения при температуре 850-1600oC, а выведенный из нее - охлаждают до 110-150oC, в результате чего высаждается элементарная сера. Газ отделяют от серы, нагревают до 100-400oC и пропускают над катализатором гидрирования. Затем из газового потока выделяют промывкой сероводород, который возвращают в зону разложения, а остаточный газ, с высоким содержанием водорода, выпускают в атмосферу.
Недостатком известного способа являются сложность осуществления, высокая энергоемкость, неполнота извлечения сероводорода из исходного газа, попадание сероводорода в атмосферу.
Известен способ получения серы и водорода методом электроконверсии (см. заявку Франции N 2639630, C 01 В 17/04, 1990 /2/). Способ характеризуется тем, что подлежащий конверсии сероводород является рабочим газом плазмы. Сероводород разлагается на серу, которая поступает в соответствующий приемник, и водород, который пропускают через абсорбционную башню для извлечения неконверсированного сероводорода, и затем используют в промышленных целях.
Недостатком известного способа является наличие примеси сероводорода в получаемом водороде, быстрое разрушение электродов плазмотрона под действием серосодержащих соединений, низкий КПД конверсии и невозможность эффективной переработки газов с низким содержанием сероводорода для получения элементарной серы.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является способ получения серы и водорода из сероводорода, известный из описания к заявке Франции N 2620436, C 01 В 17/027, C 01 В 3/04, 1989 /3/. Способ заключается в том, что создают с помощью плазменной горелки плазму и смешивают с сероводородсодержащим газом в разрядном промежутке плазмотрона. Образующиеся продукты реакции выводят из зоны реакции и разделяют.
Недостатком известного способа является невозможность эффективного использования в качестве сырья газов с низким содержанием сероводорода ввиду чрезмерного повышения удельных энергозатрат на конверсию сероводорода в таких смесях.
Заявляемый в качестве изобретения способ получения серы и водорода из сероводорода направлен на обеспечение возможности получения целевых продуктов из газов с низким содержанием сероводорода и снижение энергозатрат на его осуществление.
Указанный результат достигается тем, что в способе получения серы и водорода из сероводорода, включающем введение сероводородсодержащего газа в плазму и вывод продуктов реакции из реактора, в качестве газа плазмы используют молекулярный водород в термически диссоциированном состоянии, а сероводородсодержащий газ смешивают с плазмой вне пределов электрического разряда в быстропроточном реакторе в условиях неравновесного плазмохимического процесса.
Отличительными признаками заявляемого способа являются использование молекулярного водорода в термически диссоциированном состоянии в качестве исходного газа плазмы; смешивание сероводородсодержащего газа с плазмой в быстропроточном реакторе за пределами разрядного промежутка; смешивание сероводородсодержащего газа с плазмой в условиях неравновесного плазмохимического процесса.
Использование водорода в термически диссоциированном состоянии в качестве газа для создания плазмы позволяет снизить энергозатраты на проведение процесса и обеспечить полную конверсию сероводорода в газовых смесях с низким его содержанием в серу и водород в условиях неравновесной химической кинетики. Смешивание сероводородсодержащего газа с плазмой водорода, состоящей при 3600-4600 К на 50-95% из атомов H (см. Сурис А.Л. Термодинамика высокотемпературных процессов //Справочник. -М.: Металлургия, 1985 /4/), в быстропроточном реакторе в условиях неравновесного плазмохимического процесса позволяет обеспечить полную конверсию сероводорода в серу и водород по схеме, описываемой следующими химическими реакциями (см. Реализация базы данных "Процесс" системы АВОГАДРО на вычислительных средствах PC/AT // Отчет N 4120 НИИ Механики МГУ, 1991 /5/):
H2S + H ---> HS + H2,
k1 = 1012,9exp(-850/Т) см3/(моль•с); (1)
HS + H ---> H2+S,
k2 = 1014,65exp(-1000/Т) см3/(моль•с); (2)
HS + S ---> H + S2,
k3 = 1013,5 см3/(моль•с); (3)
HS + HS ---> H2+S2,
k4 = 1010,5 см3/(моль•с); (4)
HS + HS ---> H2S + S,
k5 = 1013 см3/(моль•c); (5)
S + H2 ---> HS + H,
k6 = 1014,3T0,68exp(-10000/T) см3/(моль•c); (6)
H2S + M ---> HS+H+M,
k7 = 1016,1 exp(-46000/T) см3/(моль•c); (7)
H+H+M ---> H2+M,
k8 = 1015,7 см6/(моль2•с); (8)
S+S+M ---> S2+M,
k9 = 1015 см6/(моль2•c); (9)
HS+H+M ---> H2S+M,
k10 = 1014,1 см6/(моль2•с). (10)
Здесь T - температура смеси газов в реакторе, K. Исходными компонентами являются H2S, H2, H; конечными продуктами (в случае полной конверсии) - H2 и S2; промежуточные вещества реакции - радикалы S и HS. Приведенные реакции условно можно разделить на три группы: (1) - (4) - реакции образования конечных продуктов H2 и S2; (5) - (6)- промежуточные реакции; (6) - (10) - реакции гибели активных частиц.
H2S + H ---> HS + H2,
k1 = 1012,9exp(-850/Т) см3/(моль•с); (1)
HS + H ---> H2+S,
k2 = 1014,65exp(-1000/Т) см3/(моль•с); (2)
HS + S ---> H + S2,
k3 = 1013,5 см3/(моль•с); (3)
HS + HS ---> H2+S2,
k4 = 1010,5 см3/(моль•с); (4)
HS + HS ---> H2S + S,
k5 = 1013 см3/(моль•c); (5)
S + H2 ---> HS + H,
k6 = 1014,3T0,68exp(-10000/T) см3/(моль•c); (6)
H2S + M ---> HS+H+M,
k7 = 1016,1 exp(-46000/T) см3/(моль•c); (7)
H+H+M ---> H2+M,
k8 = 1015,7 см6/(моль2•с); (8)
S+S+M ---> S2+M,
k9 = 1015 см6/(моль2•c); (9)
HS+H+M ---> H2S+M,
k10 = 1014,1 см6/(моль2•с). (10)
Здесь T - температура смеси газов в реакторе, K. Исходными компонентами являются H2S, H2, H; конечными продуктами (в случае полной конверсии) - H2 и S2; промежуточные вещества реакции - радикалы S и HS. Приведенные реакции условно можно разделить на три группы: (1) - (4) - реакции образования конечных продуктов H2 и S2; (5) - (6)- промежуточные реакции; (6) - (10) - реакции гибели активных частиц.
Условия осуществления неравновесного плазмохимического процесса в быстропроточном реакторе подбираются таким образом, чтобы обеспечить смешение плазмы водорода с сероводородсодержащим газом, сопровождаемое реакциями (1) - (4), за времена значительно более короткие, чем времена рекомбинации активных частиц H, S, HS в группе реакций (8)-(10). В этом случае взаимодействие H2S и H условно может быть описано брутто-формулой
H2S+H ---> 1,5H2 + 0,5S2, (11)
а энергетические затраты на электрохимическую конверсию сероводорода в заявляемом способе будут обусловлены затратами на получение термически диссоциированного водорода в плазмотроне, расходуемого в реакторе согласно (11) в соотношении
H/H2S ≥ 1 (12)
Известно осуществление различных промышленных технологий в условиях неравновесных плазмохимических процессов (см. Химическая энциклопедия, 1992, т. 3, с. 1098 - 1102, статья "Плазмохимическая технология" /6/). Неравновесные плазмохимические процессы осуществляют при пониженных давлениях (менее 50 кПа) и в реакторах периодического действия. Однако, если осуществлять конверсию сероводорода в плазме водорода в реакторе периодического действия, т.е. при малых скоростях потока, то полезные реакции идут с малой скоростью из-за преобладания процесса рекомбинации над процессом образования требуемых компонентов, в результате возрастают удельные энергетические затраты на конверсию H2S и снижается производительность процесса.
H2S+H ---> 1,5H2 + 0,5S2, (11)
а энергетические затраты на электрохимическую конверсию сероводорода в заявляемом способе будут обусловлены затратами на получение термически диссоциированного водорода в плазмотроне, расходуемого в реакторе согласно (11) в соотношении
H/H2S ≥ 1 (12)
Известно осуществление различных промышленных технологий в условиях неравновесных плазмохимических процессов (см. Химическая энциклопедия, 1992, т. 3, с. 1098 - 1102, статья "Плазмохимическая технология" /6/). Неравновесные плазмохимические процессы осуществляют при пониженных давлениях (менее 50 кПа) и в реакторах периодического действия. Однако, если осуществлять конверсию сероводорода в плазме водорода в реакторе периодического действия, т.е. при малых скоростях потока, то полезные реакции идут с малой скоростью из-за преобладания процесса рекомбинации над процессом образования требуемых компонентов, в результате возрастают удельные энергетические затраты на конверсию H2S и снижается производительность процесса.
Поэтому смешение сероводородсодержащего газа с плазмой предлагается осуществлять в условиях неравновесного плазмохимического процесса (при пониженных давлениях), но в быстропроточном реакторе, как это обычно осуществляют при реализации квазиравновесных плазмохимических процессов (см. /6/), т.е. при скоростях течения потока в реакторе от 100 до 1000 м/с.
Сущность заявляемого способа поясняется примером реализации и графическими изображениями. На фиг. 1 представлен схематично продольный разрез установки для осуществления способа; на фиг.2 представлен график зависимости химического состава смеси от времени.
Пример. Установка для реализации способа содержит электродуговой плазмотрон 1 с источником питания, сопловой блок 2 реактора, быстропроточный реактор 3 с рабочей длиной L, диффузор 4.
В общем случае способ реализуется следующим образом. С помощью известного плазмотрона (см. с. 1099 в /6/) с использованием водорода в качестве плазмообразующего газа создается поток плазмы с температурой 3500-4500 К. Поток плазмы, состоящий преимущественно из атомов H, и перерабатываемый сероводородсодержащий газ, например смесь H2S/CO2, вводят в плазмохимический реактор и перемешивают в условиях повышенной турбулентности при давлении в реакторе P = 5-50 кПа и скоростях потока 100-1000 м/с. Скорость определяют расчетным путем в зависимости от других параметров процесса - расхода плазмообразующего газа, температуры плазмы, содержания сероводорода в перерабатываемом газе, состава перерабатываемого газа и т.п. Для обеспечения пониженного давления в зоне смешения и вывода продуктов реакции без использования принудительных средств (насосов и т.п.) в реакторе может быть организован сверхзвуковой режим течения смеси, а на выходе реактора устанавливают диффузор, восстанавливающий давление истекающей струи до атмосферного.
Соотношение объемов плазмообразующего газа (водорода) и сероводородсодержащего газа выбирается в соответствии с соотношением (H/H2S)вход ≥ 1 (см. (12)) и зависит от содержания сероводорода в перерабатываемом газе, т.е. отношения H2S к химически инертному газу CO2 и температуры плазмы. При содержании сероводорода в перерабатываемом газе, равном 10%, и температуре плазмы 4500 К мольное отношение расхода водорода к расходу сероводородсодержащего газа будет находиться в пределах H2/(H2S+CO2) = 0,05-0,06.
В результате перемешивания плазмы и сероводородсодержащего газа начинается протекание цепной химической реакции с участием трех радикалов: H, S, HS. Реакция проходит в две стадии (фиг. 2). На ранней стадии в результате быстрых химических реакций происходит почти полное химическое разложение H2S и образование конечного продукта H2. Далее следует медленная стадия образования конечного продукта S2, а на временах порядка 10-3 с происходит полное разложение исходного продукта H2S в H2 и S2. В результате образуется струя газовой смеси с температурой 770 К, содержащая в качестве полезных продуктов молекулярный водород H2 и молекулярную серу S2 и не содержащая сероводорода H2S. При скорости движения газовой смеси вдоль реактора, равной 500 м/с, длина реактора L составит 0,5 м. Энергозатраты на электрохимическую конверсию одного моля H2S составляют 350 кДж/моль и практически не зависят от концентрации H2S в сероводородсодержащем газе. На выходе из реактора продукты реакции подвергают охлаждению одним из известных методов - затапливанием потока реагирующей смеси струями холодной жидкости (например воды) или в трубчатых теплообменниках (см. с. 1100 в /6/). Из газовой смеси известным способом (см. /1/) извлекают элементарную серу и молекулярный водород, используемые в промышленных целях. Последний частично возвращается в плазмотрон для повторного использования в процессе.
Преимущества заявляемого способа.
1. Степень конверсии H2S составляет 99,9%.
2. Удельные энергозатраты на электрохимическую конверсию составляют 350 - 450 кДж на 1 моль H2S и практически не зависят от концентрации H2S в сероводородсодержащем газе, что позволяет эффективно перерабатывать газовые смеси с содержанием H2S в широком диапазоне концентраций - от долей до десятков процентов.
3. Скорость потока смеси в реакторе лежит в пределах 100-1000 м/с, а необходимая длина реактора не превышает 1 м, что позволяет создавать компактные и высокоэффективные промышленные установки.
4. Способ может быть использован для очистки метана и других углеводородов от примеси сероводорода, поскольку скорость взаимодействия атомарного водорода с сероводородом существенно выше скорости взаимодействия с метаном и другими углеводородами (см. Кондратьев В.Н. Константы скоростей газофазных реакций // Справочник. -М.: Наука, 1971 /7/).
5. При работе плазмотрона на чистом водороде по сравнению с другими химически активными частицами достигается наибольшая продолжительность работы электродов (200 и более часов) благодаря использованию вольфрамовых термокатодов (см. Гордеев В.Ф., Пустогаров А.В. Термоэмиссионные дуговые катоды. -М.: Энергоатомиздат, 1988 /8/).
Литература
1. Патент США N 4302434, 423-573, 1981.
1. Патент США N 4302434, 423-573, 1981.
2. Заявка Франции N 2639630, C 01 В 17/04, 1990.
3. Заявка Франции, N 2620436, C 01 В 17/27, 1989.
4. Сурис А.Л. Термодинамика высокотемпературных процессов. Справочник. - М.: Металлургия, 1985.
5. Реализация базы данных "Процесс" системы АВОГАДРО на вычислительных средствах PC/AT. Отчет N 4120 НИИ Механики МГУ, 1991.
6. Плазмохимическая технология. Химическая энциклопедия. - М.: Большая российская энциклопедия, т. 3, с. 1098-1102, 1992.
7. Кондратьев В.Н. Константы скоростей газофазных реакций. Справочник. - М.: Наука, 1971.
8. Гордеев В.Ф., Пустогаров А.В. Термоэмиссионные дуговые катоды. - М.: Энергоатомиздат, 1988.
Claims (1)
- Способ получения серы и водорода из сероводорода, включающий введение сероводородсодержащего газа в плазму и последующий вывод продуктов реакции из реактора, отличающийся тем, что в качестве плазмообразующего газа используют молекулярный водород в термически диссоциированном состоянии, а сероводородсодержащий газ смешивают с плазмой в быстропроточном реакторе вне пределов электрического разряда в условиях неравновесного плазмохимического процесса.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98101734A RU2131396C1 (ru) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | Способ получения серы и водорода из сероводорода |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98101734A RU2131396C1 (ru) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | Способ получения серы и водорода из сероводорода |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2131396C1 true RU2131396C1 (ru) | 1999-06-10 |
Family
ID=20201771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98101734A RU2131396C1 (ru) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | Способ получения серы и водорода из сероводорода |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2131396C1 (ru) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006049526A1 (fr) * | 2004-11-03 | 2006-05-11 | Institut Kataliza Imeni G.K. Boreskova Sibirskogo Otdeleniya Rossiiskoi Akademii Nauk | Procede de decomposition de sulfure d'hydrogene et/ou de thiols |
| US7455828B2 (en) | 2004-03-01 | 2008-11-25 | H2S Technologies, Ltd. | Process and apparatus for converting hydrogen sulfide into hydrogen and sulfur |
| RU2575722C2 (ru) * | 2014-05-14 | 2016-02-20 | Акционерное общество "Газпромнефть-Омский-НПЗ" | Способ получения водорода и серы путем плазмохимической диссоциации сероводорода |
| RU2610429C2 (ru) * | 2015-07-14 | 2017-02-10 | Том Анатольевич Дозоров | Установка для извлечения водорода из воды чёрного моря |
| CN110026144A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-07-19 | 中国科学院化学研究所 | 一种气相离子催化分子宏量转化的装置及方法 |
| RU2730487C1 (ru) * | 2019-04-30 | 2020-08-24 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЕНТА" (ООО "ВЕНТА") | Способ и установка для получения серы и водорода из сероводородсодержащего газа |
| RU2753275C1 (ru) * | 2018-02-09 | 2021-08-12 | Чайна Петролиум энд Кемикал Корпорейшн | Устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции и способ разложения сероводорода |
-
1998
- 1998-02-02 RU RU98101734A patent/RU2131396C1/ru active
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7455828B2 (en) | 2004-03-01 | 2008-11-25 | H2S Technologies, Ltd. | Process and apparatus for converting hydrogen sulfide into hydrogen and sulfur |
| WO2006049526A1 (fr) * | 2004-11-03 | 2006-05-11 | Institut Kataliza Imeni G.K. Boreskova Sibirskogo Otdeleniya Rossiiskoi Akademii Nauk | Procede de decomposition de sulfure d'hydrogene et/ou de thiols |
| RU2575722C2 (ru) * | 2014-05-14 | 2016-02-20 | Акционерное общество "Газпромнефть-Омский-НПЗ" | Способ получения водорода и серы путем плазмохимической диссоциации сероводорода |
| RU2610429C2 (ru) * | 2015-07-14 | 2017-02-10 | Том Анатольевич Дозоров | Установка для извлечения водорода из воды чёрного моря |
| RU2753275C1 (ru) * | 2018-02-09 | 2021-08-12 | Чайна Петролиум энд Кемикал Корпорейшн | Устройство для осуществления низкотемпературной плазменной реакции и способ разложения сероводорода |
| US11691119B2 (en) | 2018-02-09 | 2023-07-04 | China Petroleum & Chemical Corporation | Low temperature plasma reaction device and hydrogen sulfide decomposition method |
| CN110026144A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-07-19 | 中国科学院化学研究所 | 一种气相离子催化分子宏量转化的装置及方法 |
| RU2730487C1 (ru) * | 2019-04-30 | 2020-08-24 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЕНТА" (ООО "ВЕНТА") | Способ и установка для получения серы и водорода из сероводородсодержащего газа |
| WO2020222679A1 (ru) * | 2019-04-30 | 2020-11-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЕНТА" | Способ и установка для получения серы и водорода из сероводородсодержащего газа |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5211923A (en) | Hydrogen and sulfur recovery from hydrogen sulfide wastes | |
| Bulychev et al. | Plasma discharge in liquid phase media under ultrasonic cavitation as a technique for synthesizing gaseous hydrogen | |
| Nunnally et al. | Dissociation of H2S in non-equilibrium gliding arc “tornado” discharge | |
| EA200000189A1 (ru) | Способ конверсии углеводородов и устройство для его осуществления | |
| Lesueur et al. | Electrically assisted partial oxidation of methane | |
| UA79216C2 (en) | Method for preparation of motor fuel from coal | |
| Zhang et al. | Rotating gliding arc assisted water splitting in atmospheric nitrogen | |
| EP1085075A1 (en) | Treatment of hydrogen sulfide-containing gaseous compositions | |
| Nozaki et al. | Innovative methane conversion technology using atmospheric pressure non-thermal plasma | |
| RU2131396C1 (ru) | Способ получения серы и водорода из сероводорода | |
| JP2004509926A (ja) | 非熱的パルスコロナ放電反応器内および無声放電反応器内におけるメタンおよび硫化水素の変換 | |
| US5843395A (en) | Process for hydrogen production from hydrogen sulfide dissociation | |
| US5020457A (en) | Destruction of acid gas emissions | |
| SU1801943A1 (ru) | Способ получения хлора из хлористого водорода 2 | |
| RU2320534C1 (ru) | Способ получения хлора | |
| Bill et al. | Greenhouse gas chemistry | |
| Nunnally | Application of low current gliding arc plasma discharges for hydrogen sulfide decomposition and carbon dioxide emission reduction | |
| Vurzel et al. | Plasma chemical technology—the future of the chemical industry | |
| RU2075431C1 (ru) | Способ получения водорода и серы | |
| Huczko | Plasma chemistry and environmental protection: Application of thermal and non-thermal plasmas | |
| RU2730487C1 (ru) | Способ и установка для получения серы и водорода из сероводородсодержащего газа | |
| RU2315651C2 (ru) | Способ очистки газообразных и жидких веществ от примесей и устройство для его осуществления | |
| RU2075432C1 (ru) | Способ получения синтез-газа | |
| RU2026334C1 (ru) | Способ высокотемпературной переработки газового конденсата и устройство для его осуществления | |
| Sassi et al. | Microwave-induced plasma torch for thermal decomposition of H2S into hydrogen and sulfur |