RU2090493C1 - Method and apparatus for producing elementary sulfur and molecular hydrogen - Google Patents
Method and apparatus for producing elementary sulfur and molecular hydrogen Download PDFInfo
- Publication number
- RU2090493C1 RU2090493C1 RU9494040929A RU94040929A RU2090493C1 RU 2090493 C1 RU2090493 C1 RU 2090493C1 RU 9494040929 A RU9494040929 A RU 9494040929A RU 94040929 A RU94040929 A RU 94040929A RU 2090493 C1 RU2090493 C1 RU 2090493C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- reaction zone
- microwave radiation
- mixture
- products
- Prior art date
Links
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 50
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 41
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 claims abstract 4
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 claims abstract 4
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 3
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 2
- 230000005288 electromagnetic effect Effects 0.000 claims 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 15
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N Protium Chemical compound [1H] YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- YMLCSBRNJSUGOP-UHFFFAOYSA-N [C].O=S=O Chemical compound [C].O=S=O YMLCSBRNJSUGOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- QGJOPFRUJISHPQ-NJFSPNSNSA-N carbon disulfide-14c Chemical compound S=[14C]=S QGJOPFRUJISHPQ-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
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
Description
Изобретение относится к области газопереработки, в частности к процессам и оборудованию для извлечения серы и водорода путем разложения сероводорода, входящего в состав смеси кислых газов, получаемых при разработке газовых месторождений. The invention relates to the field of gas processing, in particular to processes and equipment for the extraction of sulfur and hydrogen by decomposition of hydrogen sulfide, which is part of a mixture of acid gases obtained in the development of gas fields.
Известные промышленные способы разложения сероводорода являются по существу разновидностями двустадийного каталитического процесса Клаусса, первая стадия которого заключается в сжигании сероводорода с образование элементарной серы и сернистого ангидрида и последующего взаимодействия не прореагировавшего сероводорода с двуокисью серы (или путем прямого восстановления сернистого газа метаном или природным газом), а вторая стадия - во взаимодействии не прореагировавшей двуокиси серы, частично образовавшихся сероуглерода, сероокиси углерода и сероводорода в присутствии катализатора, например боксита [1]
Аппаратура для протекания реакций по методу Клаусса должна быть рассчитана на достаточно жесткие условия: так, температура в реакционной зоне при сжигании исходной смеси кислых газов достигает ≈ 1500oC, а давление нескольких атмосфер. При этом аппаратная часть требует значительных затрат на сооружения, занимающие большую площадь. Еще одним недостатком данного метода является трудоемкость обслуживания оборудования, вызванная необходимостью демонтажа части агрегатов для замены катализатора. Кроме того, по данному методу нет возможности получить такой ценный продукт, как водород, важнейший энергоноситель. Следующим недостатком метода Клаусса является его низкая производительность, что объясняется невысокой конверсией метода и требует обеспечения многопроходности, что существенно усложнят как сам технологический процесс, так и конструкцию агрегатов и систему трубопроводов.Known industrial methods for the decomposition of hydrogen sulfide are essentially varieties of the Clauss two-stage catalytic process, the first stage of which is the combustion of hydrogen sulfide with the formation of elemental sulfur and sulfur dioxide and the subsequent interaction of unreacted hydrogen sulfide with sulfur dioxide (or by direct reduction of sulfur dioxide by methane or natural gas), and the second stage - in the interaction of unreacted sulfur dioxide, partially formed carbon disulfide, sulfur dioxide carbon and hydrogen sulfide in the presence of a catalyst, for example bauxite [1]
The apparatus for carrying out reactions according to the Clauss method should be designed for fairly stringent conditions: for example, the temperature in the reaction zone when burning the initial mixture of acid gases reaches ≈ 1500 o C, and the pressure is several atmospheres. At the same time, the hardware requires significant costs for structures that occupy a large area. Another disadvantage of this method is the complexity of equipment maintenance, caused by the need to dismantle part of the units to replace the catalyst. In addition, according to this method, it is not possible to obtain such a valuable product as hydrogen, the most important energy carrier. The next disadvantage of the Clauss method is its low productivity, which is explained by the low conversion of the method and requires multi-pass, which will significantly complicate the process itself, as well as the design of the units and the piping system.
Некоторые из отмеченных недостатков устранены в так называемых плазмохимических методах разложения сероводорода, находящихся в настоящее время на стадии лабораторных исследований и являющихся наиболее близким аналогом заявляемого способа. В соответствии с этим методом исходную смесь сероводородсодержащих газов нагревают до 1000-2000oC посредством сжигания частиц газа или полученного в последующем водорода [2] Затем нагретый газ подают в зону протекания плазменного разряда, где и происходит разложение большей части сероводорода на элементарную серу и водород. После этого продукты реакции охлаждают до 120oC для закалки серы и впоследствии производят фазовое разделение продуктов реакции, причем газообразные продукты, включающие сероводород и водород, направляют на дальнейшее разделение посредством гидрогенезации последнего, а жидкую среду собирают в специальный сборник.Some of the noted disadvantages are eliminated in the so-called plasma-chemical methods for the decomposition of hydrogen sulfide, which are currently at the stage of laboratory research and are the closest analogue of the proposed method. In accordance with this method, the initial mixture of hydrogen sulfide-containing gases is heated to 1000-2000 o C by burning gas particles or the resulting hydrogen thereafter [2] Then the heated gas is fed into the plasma discharge zone, where most of the hydrogen sulfide decomposes into elemental sulfur and hydrogen . After that, the reaction products are cooled to 120 o C for hardening of sulfur and subsequently phase separation of the reaction products is carried out, and gaseous products, including hydrogen sulfide and hydrogen, are sent for further separation by hydrogenation of the latter, and the liquid medium is collected in a special collector.
Известный реактор для осуществления плазмохимической реакции разложения сероводорода, выбранный в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит корпус с камерой подвода исходной смеси сероводородсодержащих газов, камерой отвода газообразных продуктов реакции, размещенные между упомянутыми камерами камеру нагрева и реакционную зону, рабочее пространство последней из которых ограничено каналами в виде кварцевых труб, предназначенными для прохода исходной смеси газов, в которых организуется плазменный разряд, вырабатываемый генератором. Реактор оснащен холодильником для закалки серы и охлаждающей рубашкой для снижения температуры смеси, а также разделительной емкостью для отделения газообразных продуктов реакции от накапливаемой в ней жидкой серы. A known reactor for carrying out a plasma-chemical reaction for the decomposition of hydrogen sulfide, selected as a prototype of the claimed device, comprises a housing with a feed chamber for the initial mixture of hydrogen sulfide-containing gases, a chamber for removing gaseous reaction products, a heating chamber and a reaction zone located between the chambers, the working space of the latter being limited by channels in in the form of quartz tubes designed to pass the initial mixture of gases in which a plasma discharge is generated by the generator. The reactor is equipped with a sulfur quenching refrigerator and a cooling jacket to lower the temperature of the mixture, as well as a separation tank for separating gaseous reaction products from the liquid sulfur accumulated in it.
Наряду с неоспоримым достоинством известных способа и устройства, заключающимся в обеспечении возможности извлечения водорода из исходного сырья методом последующей обработки, они обладают и существенными недостатками, такими как значительные энергозатраты и низкий выход товарного водорода. Первый из отмеченных недостатков объясняется необходимостью нагрева исходной смеси до высокой (≈ 2000oC) температуры, а второй недостаточным объемом реакционной зоны, где разложение сероводорода происходит не по всему объему, а лишь непосредственно в области плазменного разряда, кроме того, в результате разложения водород сгорает в реакционной камере разложения.Along with the indisputable advantage of the known method and device, which consists in the possibility of extracting hydrogen from the feedstock by the method of further processing, they also have significant disadvantages, such as significant energy consumption and low yield of salable hydrogen. The first of the noted drawbacks is explained by the need to heat the initial mixture to a high (≈ 2000 o C) temperature, and the second by the insufficient volume of the reaction zone, where the decomposition of hydrogen sulfide does not occur over the entire volume, but only directly in the plasma discharge region, in addition, as a result of the decomposition of hydrogen burns out in the decomposition reaction chamber.
Цель настоящего изобретения состоит в повышении эффективности способа разложения сероводорода за счет снижения энергозатрат и увеличения производительности посредством более полного использования объема реакционной зоны. The purpose of the present invention is to increase the efficiency of the method of decomposition of hydrogen sulfide by reducing energy consumption and increasing productivity through a more complete use of the volume of the reaction zone.
Поставленная цель достигается тем, что в соответствии с заявляемым способом получения серы и водорода разложением сероводорода в реакционную зону подают направленное СВЧ-излучение, вырабатываемое генератором, причем направление перемещения исходной смеси вдоль реакционной зоны совпадает с векторной диаграммой излучателя, а последующее фазовое разделение продуктов реакции осуществляют на выходе из реакционной зоны. Для наиболее полного фазового разделения продуктов реакции целесообразно на входе в реакционную зону одновременно с подачей СВЧ-излучения осуществить предварительный нагрев смеси до температуры не выше 135oC. Для устойчивого протекания процесса целесообразно также осуществить поглощение избытка мощности СВЧ-излучения, для чего предварительно изменяют его направление на выходе из реакционной зоны.This goal is achieved by the fact that in accordance with the claimed method of producing sulfur and hydrogen by decomposing hydrogen sulfide, directed microwave radiation generated by a generator is supplied to the reaction zone, the direction of movement of the initial mixture along the reaction zone coincides with the emitter vector diagram, and the subsequent phase separation of the reaction products is carried out at the exit of the reaction zone. For the most complete phase separation of the reaction products, it is advisable at the entrance to the reaction zone simultaneously with the supply of microwave radiation to pre-heat the mixture to a temperature of no higher than 135 o C. For a stable process, it is also advisable to absorb the excess power of microwave radiation, for which it is preliminarily changed direction at the exit of the reaction zone.
Поставленная цель в заявляемом устройстве достигается тем, что трубчатые каналы, ограничивающие рабочее пространство реакционной зоны, выполнены в виде волноводов, проходящих от камеры провода исходной смеси до камеры отвода газообразных продуктов. При этом входной патрубок каждого из упомянутых волноводов соединен с введенным согласующим участком, выходной патрубок с поворотным участком, а реактор снабжен камерой поглощения СВЧ-излучателя, выполненной в виде геометрической емкости, заполненной поглощающей средой, причем поворотные участки входят в упомянутую камеру, при этом их полость изолирована от последней прокладками из радиопрозрачного материала, участки выполнены в виде криволинейных отрезков труб со сквозными отверстиями в стенках, а согласующий участок выполнен в виде прямолинейного отрезка трубы, длина которого составляет 1/4 часть длины волны СВЧ-излучения. Внутренняя поверхность упомянутых волноводов, согласующих и поворотных участков покрыта слоем с высокой отражательной способностью СВЧ-излучения. Подобное конструктивное выполнение реакционной зоны и введение согласующего и поворотного участков, а также введение камеры поглощения обеспечивают стабильное протекание реакции по всему объему реакционной зоны, что резко повышает конверсию процесса (т.е. производительность установки) и снижает объем реактора наряду с упрощением его схемы. Целесообразно для упрощения монтажа реактора камеру поглощения выполнить в виде тела вращения, охватывающего корпус реактора и закрепленного на последней на стыке камер отвода газообразных продуктов и сбора серы. Также для удобства эксплуатации и монтажа камера поглощения может быть снабжена патрубками, предназначенными для постоянного подвода-отвода поглощающей среды, например воды. Далее с целью упрощения монтажа и конструкции узлов соединения волноводов с согласующими и поворотными участками их диаметры выбраны из следующего соотношения:
dc ≅ dв ≅ dп,
где dc диаметр согласующего участка (м);
dв диаметр волновода (м);
dп диаметр поворотного участка (м);
а соединение выходного патрубка волновода с поворотным участком целесообразно выполнить в виде телескопического узла, причем между цилиндрическими поверхностями соединяемых частей волновода и поворотного участка образован равномерный кольцевой зазор.The goal in the inventive device is achieved by the fact that the tubular channels that limit the working space of the reaction zone are made in the form of waveguides passing from the chamber of the wire of the initial mixture to the chamber of removal of gaseous products. In this case, the inlet pipe of each of the mentioned waveguides is connected to the inserted matching section, the output pipe with a rotary section, and the reactor is equipped with an absorption chamber of a microwave emitter made in the form of a geometric container filled with an absorbing medium, and the rotary sections enter into the said chamber, while the cavity is isolated from the last by gaskets of radiolucent material, the sections are made in the form of curved pipe sections with through holes in the walls, and the matching section is made in the form e straight pipe segment, the length of which is 1/4 of the wavelength of microwave radiation. The inner surface of the mentioned waveguides, matching and rotary sections is covered with a layer with high reflectivity of microwave radiation. Such a constructive implementation of the reaction zone and the introduction of matching and turning sections, as well as the introduction of an absorption chamber, ensure a stable reaction throughout the entire reaction zone, which sharply increases the conversion of the process (i.e., plant productivity) and reduces the reactor volume along with simplification of its design. To simplify the installation of the reactor, it is advisable to perform the absorption chamber in the form of a body of revolution, covering the reactor vessel and mounted on the latter at the junction of the chambers of the removal of gaseous products and sulfur collection. Also, for ease of operation and installation, the absorption chamber can be equipped with nozzles designed for continuous supply and removal of an absorbing medium, such as water. Further, in order to simplify the installation and design of the nodes of the connection of the waveguides with matching and rotary sections, their diameters are selected from the following ratio:
d c ≅ d to ≅ d p ,
where d c the diameter of the matching section (m);
d in the waveguide diameter (m);
d p the diameter of the rotary section (m);
and the connection of the output pipe of the waveguide with the rotary section is expediently performed in the form of a telescopic assembly, and a uniform annular gap is formed between the cylindrical surfaces of the connected parts of the waveguide and the rotary section.
На фиг.1 изображен реактор в сборе (продольный разрез); на фиг.2 - поперечный разрез реактора на фиг.1. Figure 1 shows the assembled reactor (longitudinal section); figure 2 is a cross section of the reactor of figure 1.
Пример 1. В соответствии с заявляемым способом было осуществлено разложение сероводорода, подаваемого по трубопроводу в камеру подвода исходной смеси с транспортным давлением от 0,7 до 2 атм и температурой 20oC, откуда далее эта смесь поступает в реакционную зону, ограниченную внутренней полостью каналов в виде прямолинейных труб. Одновременно в упомянутую полость подавалось направленное СВЧ-излучение, вырабатываемое генератором.Example 1. In accordance with the claimed method, decomposition of hydrogen sulfide was carried out, supplied through a pipeline to the supply chamber of the initial mixture with a transport pressure of 0.7 to 2 atm and a temperature of 20 o C, from where this mixture then enters the reaction zone bounded by the internal cavity of the channels in the form of straight pipes. At the same time, directed microwave radiation generated by the generator was supplied to the cavity.
Излучение подавалось в реакционную зону таким образом, что его направление в этой зоне совпадает с направлением перемещения потока смеси исходных газов. Подобное положение достигается посредством того, что векторная диаграмма излучателя совпадает с осью прямолинейных труб волноводов. В результате на первом этапе зарождения цепи во время перемещения смеси в реакционной зоне исходные газы подвергаются воздействию излучения. При этом СВЧ-излучение инициирует молекулы газов ("будоражит" их), причем последние, поглощая кванты энергии, поляризуются, образуя диполи, и переходят в активное состояние:
Здесь следует отметить, что поскольку энергия, необходимая для поляризации молекулы сероводорода, намного меньше энергии поляризации углекислого газа, то и диполей последнего практически не образуется. Некоторый подогрев смеси, необходимый для протекания превращений, осуществляется здесь за счет энергии излучения. It should be noted here that since the energy required to polarize a hydrogen sulfide molecule is much less than the polarization energy of carbon dioxide, then the dipoles of the latter are practically not formed. Some heating of the mixture, necessary for the occurrence of transformations, is carried out here due to the radiation energy.
Затем наступает второй этап продолжение цепи, при котором образовавшийся радикал водорода взаимодействует с нейтральной молекулой сероводорода, образуя нейтральную молекулу водорода и радикал. Данный этап идет также с поглощением кванта энергии:
Образующаяся на этом этапе реакция (и последующих этапах) тепловая энергия может быть использована при зарождении цепи на первом этапе. The reaction (and subsequent stages) formed at this stage, thermal energy can be used to initiate the chain at the first stage.
После образования второго радикала наступает третий этап обрыв цепи, когда взаимодействуют два ранее образовавшихся радикала H (в результате первого и второго этапов). Этот этап также протекает с поглощением кванта энергии излучения:
Получившиеся молекулярный сероводород и атомарная сера немедленно вступает в реакцию с образованием устойчивых молекул серы и водорода
S+H2S → H2+S2+1,83 эВ.The resulting molecular hydrogen sulfide and atomic sulfur immediately reacts with the formation of stable molecules of sulfur and hydrogen
S + H 2 S → H 2 + S 2 +1.83 eV.
Вся совокупность вышеприведенных этапов представляет собой физико-химическую схему радикально-цепной неразветвленной реакции разложения сероводорода. The entire set of the above steps is a physico-chemical scheme of a radical chain unbranched decomposition of hydrogen sulfide.
После завершения третьего этапа (т.е. после образования молекул серы и водорода и обрыва радикально-цепной реакции) осуществляют фазовое разделение реакции и непрореагировавших компонентов исходной смеси. Такое разделение газообразных продуктов (включая и образовавшийся водород) от твердой (точнее целесообразной, мелкодисперсной) серы осуществляют путем поворота потока газов взвешенных частиц серы (в данном случае поворот составляет 180o) на выходе из реакционной зоны. При этом на выходе из труб-волноводов газы как менее инерционная среда резко поворачивают в камеру отвода, в то время как более инерционная молекулярная сера продолжает движение в первоначальном направлении и попадает в камеру сбора.After the completion of the third stage (i.e., after the formation of sulfur and hydrogen molecules and the termination of the radical chain reaction), a phase separation of the reaction and unreacted components of the initial mixture is carried out. This separation of gaseous products (including hydrogen formed) from solid (more precisely, appropriate, finely dispersed) sulfur is carried out by turning the gas flow of suspended sulfur particles (in this case, the rotation is 180 o ) at the exit of the reaction zone. At the same time, at the exit from the waveguide tubes, gases as a less inertial medium sharply turn into the exhaust chamber, while more inertial molecular sulfur continues to move in the initial direction and enters the collection chamber.
СВЧ-излучение, проходя через согласующие участки в каналы рабочего пространства реакционной зоны, изменяет свое направление в соответствии с поворотными участками и направляется в камеру поглощения СВЧ-излучения. Последняя герметизирована прокладками из радиопрозрачного материала, поэтому излучение беспрепятственно проникает во внутреннюю полость камеры поглощения, заполненную водой, и поглощается последней, которая при этом нагревается. Microwave radiation, passing through matching sections into the channels of the working space of the reaction zone, changes its direction in accordance with the rotary sections and is sent to the absorption chamber of microwave radiation. The latter is sealed with gaskets made of radiolucent material, therefore, the radiation freely penetrates into the internal cavity of the absorption chamber filled with water, and is absorbed by the latter, which is heated.
Пример 2. Осуществлялось разложение сероводорода с теми же параметрами, что и в примере 1, но с той разницей, что при подаче в реакционную зону исходная смесь нагревалась до 135oC. Нагрев осуществлялся посредством обеспечения циркуляции воды в межтрубном пространстве реакционной зоны. При нагреве обеспечивался подвод необходимой энергии для протекания реакции первого этапа:
Далее второй этап происходил без изменений, а на третьем этапе образовавшаяся сера имела вид не мелкозернистого порошка, а расплава, который легче отделяется от газообразных компонентов исходной смеси и продуктов реакции. После сбора жидкой среды последнюю охлаждают (закаливают), а газообразные продукты из камеры отвода направляют на отделение водорода путем гидрогенизации. Then the second stage took place without changes, and at the third stage the sulfur formed did not look like a fine-grained powder, but a melt, which is more easily separated from the gaseous components of the initial mixture and reaction products. After collecting the liquid medium, the latter is cooled (quenched), and gaseous products from the removal chamber are directed to the separation of hydrogen by hydrogenation.
Реактор для получения элементарной серы и молекулярного водорода, выполненный согласно изобретению, содержит сборный корпус 1, составленный из ряда связанных между собой секций, образующих соответствующие функциональные зоны (камеры) реактора. Первая из упомянутых секций является камерой 2 подвода исходной смеси газов и в ней размещены сквозные каналы в виде прямолинейных труб 3 с выполненными в их стенках отверстиями 4 (фиг. 2), предназначенными для прохода смеси исходных газов во внутреннюю полость каждой из труб 3, а совокупность последних образует реакционную зону 5. Наружные участки труб 3, выходящие за пределы корпуса 1, имеют присоединительные патрубки 6, соединенные через радиопрозрачные герметичные прокладки 7 с ответными патрубками согласующих участков 8, длина l каждого из которых равна 1/4 длины волны излучения, предназначенных для связи с излучателями (на фигурах не показаны) генератора 9. The reactor for producing elemental sulfur and molecular hydrogen, made according to the invention, comprises a prefabricated housing 1 composed of a number of interconnected sections forming the corresponding functional zones (chambers) of the reactor. The first of these sections is a chamber 2 for supplying an initial mixture of gases and through channels are placed in the form of rectilinear pipes 3 with
С корпусом камеры 2 провода соединен корпус камеры 10 нагрева смеси газов, внутри которого проходят те же упомянутые прямолинейные трубы 3. Однако на участке этой камеры стенки труб выполнены сплошными, так что внутренняя полость труб 3 изолирована от полости камеры 10, которая заполняется циркулирующим теплоносителем через патрубки 11, 12 подвода-отвода последнего. Далее с корпусом камеры 10 связан корпус камеры 13 отвода газообразных продуктов реакции, снабженный патрубками 14, предназначенными для подсоединения к соответствующим магистралям. В этой камере 13 также размещены прямолинейные трубы 3, которые здесь заканчиваются и каждая из которых своим выходным патрубком 15 связана с соответствующим поворотным отрезком 16. The housing of the gas mixture heating chamber 10 is connected to the housing of the wire chamber 2, inside which the same straight-line pipes 3 pass. However, in the section of this chamber the pipe walls are solid, so that the inner cavity of the pipes 3 is isolated from the cavity of the chamber 10, which is filled with a circulating coolant through nozzles 11, 12 of the inlet-outlet of the latter. Next, with the housing of the chamber 10 is connected to the housing of the chamber 13 of the removal of gaseous reaction products, equipped with nozzles 14, intended for connection to the respective highways. In this chamber 13 straight pipes 3 are also placed, which end here and each of which, with its output pipe 15, is connected to a corresponding turning section 16.
Соединение двух трубчатых элементов 3 и 15 целесообразно выполнить телескопическим с образованием между соответствующими поверхностями упомянутых элементов кольцевого зазора Δ. В стенках поворотных отрезков 16 выполнены отверстия 17, предназначенные для прохода элементарной серы (в основном) и газообразных продуктов реакции. Другой конец каждого из этих поворотных отрезков 16 входит в камеру 18 поглощения избытка СВЧ-излучения, заполняемую поглощающей средой, например водой. Каждый поворотный отрезок 16, входящий в камеру 18 и закрепленный на ней, герметично закрыт прокладкой 19 из радиопрозрачного материала, аналогичной прокладке 7. Наиболее целесообразно (из конструктивно-эксплутационных соображений) камеру 18 выполнить в виде тела вращения, охватывающего камеру 13, а поворотные отрезки закрепить на внутренней стенке камеры 18 симметрично относительно геометрической оси пучка прямолинейных труб 3. Необходимо, чтобы внутренние поверхности 20 элементов, составляющих реакционную зону, и непосредственно к ней примыкающих (т.е. прямолинейных труб 3 согласующих участков 8 и поворотных отрезков 16) имели высокую степень чистоты (это может быть достигнуто, например, гидрополированием), что обеспечивает их нормальное функционирование как элементов составных волноводов. Основные геометрические характеристики упомянутых элементов выбираются исходя их указанного условия по известным рекомендациям [3] Снизу к корпусу камеры 13 примыкает замыкающий всю корпусную систему реактора корпус камеры 21 сбора (и охлаждения) элементарной серы. Последняя при необходимости может быть оснащена рубашкой охлаждения 22 с патрубками 23 и 24 подвода-отвода охлаждающей среды (воды). Снизу на корпусе камеры 21 размещена горловина 25 сбора серы. С целью сокращения затрат на проведение реакции путем утилизации тепла воды, нагретой в рубашке охлаждения, целесообразно полость последней связать с полостью камеры 10, объединив гидросистемы нагрева и охлаждения. С этой же целью, а также для упрощения конструкции этих гидросистем возможно соединить патрубок отвода 12 камеры 10 с патрубком 24, а патрубок 23 с патрубком 11. Это позволяет исключить из гидростистем специальные гидронасосы, циркуляция воды будет осуществляться самотеком, а первоначальный нагрев исходной смеси газов в зоне камеры 10 в момент начала реакции может быть кратковременно осуществлен специальным (например, электрическим) нагревателем. The connection of the two tubular elements 3 and 15, it is advisable to perform telescopic with the formation between the respective surfaces of the mentioned elements of the annular gap Δ. In the walls of the rotary segments 16, holes 17 are made, intended for the passage of elemental sulfur (mainly) and gaseous reaction products. The other end of each of these rotary segments 16 enters the chamber 18 for absorbing excess microwave radiation, filled with an absorbing medium, such as water. Each rotary segment 16, which enters the chamber 18 and is mounted on it, is hermetically closed by a gasket 19 made of a radiolucent material similar to gasket 7. It is most expedient (from structural and operational considerations) to make the chamber 18 in the form of a body of revolution covering the chamber 13, and the rotary segments to fix on the inner wall of the chamber 18 symmetrically with respect to the geometric axis of the straight pipe bundle 3. It is necessary that the inner surfaces of the 20 elements constituting the reaction zone and directly bending (i.e. straight pipes 3 matching sections 8 and rotary segments 16) had a high degree of purity (this can be achieved, for example, by hydro-polishing), which ensures their normal functioning as elements of composite waveguides. The main geometric characteristics of the mentioned elements are selected based on their specified condition according to well-known recommendations [3] From below, the chamber body 21 for collecting (and cooling) elemental sulfur adjacent to the entire reactor system is adjacent. The latter, if necessary, can be equipped with a cooling jacket 22 with pipes 23 and 24 of the inlet-outlet of the cooling medium (water). Bottom on the body of the chamber 21 is placed the neck 25 of the collection of sulfur. In order to reduce the cost of carrying out the reaction by utilizing the heat of the water heated in the cooling jacket, it is advisable to connect the cavity of the latter with the cavity of the chamber 10 by combining the heating and cooling hydraulic systems. For the same purpose, as well as to simplify the design of these hydraulic systems, it is possible to connect the branch pipe 12 of the chamber 10 to the pipe 24, and the pipe 23 to the pipe 11. This allows you to exclude special hydraulic pumps from the hydraulic systems, the water will be circulated by gravity, and the initial heating of the initial gas mixture in the zone of the chamber 10 at the time of the onset of the reaction, it can be carried out briefly by a special (for example, electric) heater.
Реактор для получения элементарной серы и молекулярного водорода работает следующим образом. Перед запуском патрубки 6 камеры 2 подсоединяют к магистралям подачи смеси кислых сероводородсодержащих газов (обычно это смесь водорода, углекислого газа, паров воды и т.д.), а также производят соединение с соответствующими коммуникациями патрубков 11 и 12 камеры 10 нагрева, патрубков 14 камеры 13 отвода, патрубков камеры 18 поглощения СВЧ-излучения, патрубков 23, 24 рубашки охлаждения 22 и горловины 25 камеры 21 сбора серы. Сверху на корпус 1 устанавливается генератор 9 таким образом, что его излучатели (на фигурах не показаны) обращены к согласующим участкам 8. После указанных подготовительных операций реактор готов к работе. Затем осуществляют подачу теплоносителя охлаждающей среды в соответствующие камеры и подают исходную смесь газов через патрубки 6 в полость камеры 2 и одновременно включают генератор 9, настроенный на заданную частоту. Через отверстия 4 в трубах 3 исходная смесь газов поступает в реакционную зону 5, ограниченную внутренней полостью труб 3. По упомянутым трубам 3 газы устремляются вниз и проходят через камеру 10 нагрева, где в межтрубном пространстве циркулирует теплоноситель. В результате происходит нагрев газов до температуры ≈ 135oC и под действием СВЧ-излучения, направление которого совпадает с направлением потока газов, начинает протекать первый этап зарождение цепи радикально-цепной нагревательной реакции разложения сероводорода. Далее по мере следования газов по реакционной зоне 5, ограниченной волноводами - трубами 3, они продолжают подвергаться воздействию направленного СВЧ-излучения, вследствие чего реализуются остальные вышеперечисленные этапы упомянутой реакции. Параметры труб 3 подбираются таким образом, что на выходе из них реакция практически закончена (с необходимой степенью конверсии) и из патрубка 15 выходят жидкая элементарная сера и газообразные продукты (молекулярный водород и непрореагировавшие газы исходной смеси, например углекислый газ). Под действием установленного перепада давлений газообразные продукты резко (на 180o) поворачивают, устремляются вверх и по кольцевому зазору D попадают в камеру 13 отвода газообразных продуктов, откуда через патрубки 14 в соответствующие магистрали и далее на гидрогенизацию для отделения водорода. Жидкая сера, как более тяжелый продукт, продолжая движение в первоначальном направлении, поступает в поворотные отрезки 16 и далее через отверстия 17 в последних стекает в камеру 21 сбора серы (необходимо отметить, что вместе с серой через отверстия 17 проходит также незначительная часть газообразных продуктов, которые поднимаются вверх и, смешавшись с аналогичными продуктами, поступившими из зазора D, поступают в патрубки 14). Избыток СВЧ-излучения, двигаясь по трубам 3 как по волноводам, попадает в поворотные отрезки 16, которые также являются волноводами вследствие свойств материала и высокой отражательной способности стенок. По этим отрезкам 16 избыток СВЧ-излучения поступает (через радиопрозрачные прокладки 19) в полость камеры 18 поглощения, где его энергия идет на нагрев заполняющей камеру воды. Жидкая сера с температурой ≈ 135oC скапливается в камере 21, где в результате теплообмена с водой, заполняющей полость рубашки 22 упомянутой камеры, осуществляется закалка (охлаждение) серы. Нагретая вода поднимается вверх и через патрубки 23 и 11 поступает в камеру 10 нагрева, где часть приобретенного тепла расходуется на нагрев смеси исходных газов. Далее остывшая вода через холодильник (на фигурах не показан) и патрубок 24 возвращается в полость рубашки 22. Скопившийся в камере 21 сера удаляется через горловину 25.The reactor for producing elemental sulfur and molecular hydrogen works as follows. Before starting, the nozzles 6 of the chamber 2 are connected to the supply lines of a mixture of acidic hydrogen sulfide-containing gases (usually a mixture of hydrogen, carbon dioxide, water vapor, etc.), and they are also connected to the corresponding communications of the nozzles 11 and 12 of the heating chamber 10 and the nozzles 14 of the chamber 13 of the outlet, the nozzles of the chamber 18 for absorbing microwave radiation, the nozzles 23, 24 of the cooling jacket 22 and the neck 25 of the sulfur collection chamber 21. A generator 9 is mounted on top of the casing 1 in such a way that its emitters (not shown in the figures) face the matching sections 8. After these preparatory operations, the reactor is ready for operation. Then, the coolant is supplied to the respective chambers and the initial mixture of gases is supplied through the nozzles 6 into the cavity of the chamber 2 and at the same time the generator 9 is tuned to the set frequency. Through
Указанный реактор впервые позволяет осуществить протекание радикально-цепной неразветвленной реакции разложения сероводорода, что позволяет получить высокую конверсию процесса, а следовательно, и производительность процесса разложения сероводорода. Реактор несложен в изготовлении, экономичен и прост в эксплуатации, не требует значительных площадей и не ухудшает экологии окружающей среды. Эти качества позволяют использовать подобные реакторы в небольших мобильных установках. The specified reactor for the first time allows for the occurrence of a radical chain unbranched decomposition of hydrogen sulfide, which allows to obtain a high conversion of the process, and hence the productivity of the process of decomposition of hydrogen sulfide. The reactor is simple to manufacture, economical and easy to operate, does not require significant areas and does not worsen the ecology of the environment. These qualities allow the use of such reactors in small mobile installations.
Источники информации. Sources of information.
1. Заявка ФРГ N 1767053, кл. C 01B 17/04, 1968. 1. The application of Germany N 1767053, cl. C 01B 17/04, 1968.
2. Заявка ФРГ N 3526787, кл. C 01B 17/04, 1985 (прототип). 2. Application of Germany N 3526787, CL C 01B 17/04, 1985 (prototype).
3. "Электродуговые генераторы с межэлектродными вставками", М.Ф.Жуков, А.С.Аньшаков, Новосибирск, "Наука", 1978г. с.104. 3. "Electric arc generators with interelectrode inserts", MF Zhukov, AS Anshakov, Novosibirsk, "Science", 1978. p.104.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494040929A RU2090493C1 (en) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | Method and apparatus for producing elementary sulfur and molecular hydrogen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494040929A RU2090493C1 (en) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | Method and apparatus for producing elementary sulfur and molecular hydrogen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94040929A RU94040929A (en) | 1996-09-20 |
| RU2090493C1 true RU2090493C1 (en) | 1997-09-20 |
Family
ID=20162299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9494040929A RU2090493C1 (en) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | Method and apparatus for producing elementary sulfur and molecular hydrogen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2090493C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2701433C1 (en) * | 2019-04-03 | 2019-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Исследовательский Институт Экологии Нефтегазовой Промышленности" | Method of decomposing hydrogen sulphide on hydrogen and sulfur |
| RU2730487C1 (en) * | 2019-04-30 | 2020-08-24 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЕНТА" (ООО "ВЕНТА") | Method and apparatus for producing sulphur and hydrogen from hydrogen sulphide-containing gas |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108584884A (en) * | 2018-07-26 | 2018-09-28 | 山西铁峰化工有限公司 | A kind of device and method detaching carbon disulfide byproducts hydrogen sulfide using plasma |
-
1994
- 1994-11-08 RU RU9494040929A patent/RU2090493C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Заявка ФРГ N 1767053, кл. C 01 B 17/04, 1968. Заявка ФРГ N 3526787, кл. C 01 B 17/04, 1985. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2701433C1 (en) * | 2019-04-03 | 2019-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Исследовательский Институт Экологии Нефтегазовой Промышленности" | Method of decomposing hydrogen sulphide on hydrogen and sulfur |
| RU2730487C1 (en) * | 2019-04-30 | 2020-08-24 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЕНТА" (ООО "ВЕНТА") | Method and apparatus for producing sulphur and hydrogen from hydrogen sulphide-containing gas |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94040929A (en) | 1996-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5211923A (en) | Hydrogen and sulfur recovery from hydrogen sulfide wastes | |
| US5611947A (en) | Induction steam plasma torch for generating a steam plasma for treating a feed slurry | |
| US4386258A (en) | High frequency magnetic field coupling arc plasma reactor | |
| US7384619B2 (en) | Method for generating hydrogen from water or steam in a plasma | |
| RU2411075C2 (en) | Compact reforming reactor | |
| US7628962B1 (en) | Plasma reactor for cracking ammonia and hydrogen-rich gases to hydrogen | |
| CN100393616C (en) | Method and apparatus for producing carbon nanotubes | |
| US4010090A (en) | Process for converting naturally occurring hydrocarbon fuels into gaseous products by an arc heater | |
| JP2001514150A (en) | Electrically assisted partial oxidation of light hydrocarbons by oxygen | |
| RU2090493C1 (en) | Method and apparatus for producing elementary sulfur and molecular hydrogen | |
| CN102993053A (en) | Electronegative plasma assisted carbon dioxide emission reduction processing method and device thereof | |
| CN113336196A (en) | Gasification cracking device based on microwave heating and method for rapidly preparing sulfur gas | |
| CA1085341A (en) | Method of deuterium isotope separation and enrichment | |
| CH692381A5 (en) | Method and apparatus for converting a greenhouse gas. | |
| US4158614A (en) | Method for separating gaseous mixtures of matter | |
| RU2131396C1 (en) | Method of producing sulfur and hydrogen from hydrogen sulfide | |
| US20240239652A1 (en) | Methods for preparing hydrogen and solid carbon from a gaseous hydrocarbon source using microwaves and/or radio waves | |
| US20060013761A1 (en) | Isolated hydrogen production process | |
| US5328575A (en) | Photochemical process and sytem for performing a photochemical process | |
| Current et al. | Infrared studies of the matrix isolated photolysis products of PF2H and P2F4 and the thermal decomposition products of P2F4 | |
| US9738834B2 (en) | GTL process and reactor employing a mobile phase and plasma | |
| US4139439A (en) | Hydrogen isotope separation | |
| RU2075431C1 (en) | Method of producing hydrogen and sulfur | |
| RU2100713C1 (en) | Catalytic reactor-receiver and method of thermochemical transformation of light energy | |
| CA1107680A (en) | Powerful energy transfer technique |