硫化氢选择性氧化反应动力学及反应器数学模拟

发布时间：2020-05-05 07:00

【摘要】：传统Claus工艺由于受热力学平衡限制,尾气中硫化氢含量难以符合环保要求,企业常采用串联绝热反应器处理该部分尾气,但反应器处理量小,且对入口硫化氢的浓度有极严格的限制。随着硫化氢选择性氧化制硫磺高效催化剂的工业化,对该催化剂上反应动力学模型以及相关反应器设计的研究已成为研究的热点。本文基于中石化齐鲁分公司研究院所开发的硫化氢选择性氧化制硫磺高效催化剂LS-06,对该反应的热力学、动力学、工艺条件的优化以及反应器设计进行了研究。本文主要的研究内容和结论如下:(1)热力学计算结果表明:硫化氢选择性氧化是不可逆的强放热体系,反应平衡常数显示低温对于主反应是有利的。(2)本文在微型反应器(Φ10,L=110mm)中,采用LS-06催化剂,在压力0.1MPa,反应温度170-250℃,空速600-1200h-1的条件下,对不同组分的H2S 0.5%-4.5%,02 0.25%-2.25%,N2 93.25%-99.25%进行动力学实验。根据Langmuir-Hinshelwood理论,建立硫化氢选择性氧化的双曲线动力学模型,经统计检验和残差分析表明所建模型是适定的。基于工业运行的绝热反应器的工况条件进行模拟计算,验证了所建动力学模型在工业装置上的适用性。(3)提出了在两段装填的管壳式反应器中实现该反应过程,建立了一维拟均相数学模型。由于反应体系放出大量的热量,反应床层存在径向温度差,又建立了二维拟均相模型,采用Runge-Kutta法求解。对于工艺参数进行优化,研究表明:28mm管径,最佳进料温度205℃,最佳硫氧比为2,保持较小的空速70h-1,选择冷却介质温度在200℃是最适宜的。(4)基于两段装填的管壳式反应器中存在的比换热面小,床层飞温,操作稳定性差等缺点,提出了新型板式反应器的设计构想,计算结果表明:其具有传热效果显著、精确控制反应热点等优点。
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其他大部分用于生产磷肥，，其余用途包括制造杀菌剂、农药和其他精细化学品等。逡逑由于资源枯竭，硫磺的生产成本较高且质量低下，天然硫磺的生产量正在稳步下降。逡逑２０１７年我国硫磺产量约５９４０ｋ吨。如图１．１所示，未来硫磺进口的局面仍将持续。逡逑一当期进Ｕ价格一N奇同期进Ｕ价格逡逑１５００逦期进口Ｗ邋灥丨：．年Q婻G进口eA邋１８０逡逑ｉｌｉＨｉ逡逑令ｆ逦ｆ令令子＃邋＃邋＃令＃逡逑图１．１邋２０１７年我国硫磺进口情况逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｃｈｉｎｅｓｅ邋ｓｕｌｐｈｕｒ邋ｉｍｐｏｒｔｓ邋ｉｎ邋２０１７逡逑以Ｃｌａｕｓ工艺为核心的硫磺回收装置已成为最普遍的石油化工和煤化工装置的基本逡逑单元通过燃烧炉将有机硫转化为８０２和＾＾８，最终转化为硫磺反应方程式如下所逡逑示。目前最流行的从含硫化氢气体回收硫磺的技术之一是多级Ｃｌａｕｓ工艺［｜】：逡逑Ｈ２Ｓ＋ｌ／２ＳＯ，邋＾－３／２ｎＳｎ＋Ｈ２０邋Ａ／／邋＝邋－ｌｌｋＪ／邋ｌＶ0ｌ逦（１－１）逡逑

２．１．１邋传统Ｃｌａｕｓ工艺逡逑１９３６年Ｉ．邋Ｇ．邋Ｆａｒｂｅｎ改进了最早的Ｃｌａｕｓ工艺，大部分Ｃｌａｕｓ工艺以Ｈ２Ｓ、Ｃ０２和逡逑Ｈ２０为主要组分，Ｎ２、ＮＨ３和烃类为次要组分。如图２．１所示，Ｃｌａｕｓ工艺分为两个阶逡逑段：逡逑ＲＮ0！￡＾ＨＰＳｔ—逡逑ＨＰ邋Ｓｔｅａｍ逦ｆ逦｜逡逑个逦ｙ逦备逦逦ｔ＿＿逡逑Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ逦Ｗａｓｔｅ邋Ｈ＾ａｔ逦／Ｔ邋Ｒｅａｃｌｏｒ＾ｖ逦ＡＲｅａｃｔｏｒＰＮ逦／ＴＲｅａｃｔｏｒＰ＼逡逑＾邋Ｂｏｉｌｅｒ逦＾邋Ｎｏ．邋１邋＼Ｊ逦Ｎｏ邋２邋＼Ｊ逦Ｎｏ．邋３邋Ｊ邋了⑷丨邋Ｇａｓ逡逑ＡＣｉｄ邋Ｇａｓ，ｒ逦ＭＰ邋Ｓｔｅａｍ逦

本文编号：2649723