С.В.Коробцев Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

1. «Плазменно-мембранная технология переработки сероводорода в водород и серу» С.В.Коробцев Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» Институт водородной энергетики и плазменных технологий 123182, Москва, Россия www.kiae.ru e-mail: s.korobtsev@hepti.kiae.ru

2. НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА КОНЦЕПЦИЯ • Использование плазменных и плазменных и плазменно-мембранных процессов позволяет модернизировать традиционные и создавать совершенно новые высокоэффективные технологии производства водорода из различного сырья: воды, сероводорода, широкого класса углеводородов (в том числе – природного газа) и, даже, угля • Плазменные процессы отличаются высокой удельной производительностью (по сравнению с каталитическими), низкой металлоемкостью, безинерционностью и экологической чистотой • В частности - плазменный подход позволяет эффективно производить водород как продукт, наряду с серой, в разнообразных процессах переработки сероводородсодержащих газов

3. МИКРОВОЛНОВОЙ ПЛАЗМЕННЫЙ РЕАКТОР H2 Recycle H2S Recycle H2 нефть ПЛАЗМО ТРОН Блок выделенияH2 сероочистка H2S Очищенная нефть MW СЕРА НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА КОНЦЕПЦИЯ ДИССОЦИАЦИЯ СЕРОВОДОРОДА В ПЛАЗМЕ: H2 S → H2 + Ssol ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЦЕНА 1 M3 H2И 1.4 кГСЕРЫ1кВт*час СХЕМА ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ СЕРООЧИСТКИ НЕФТИ РЕЦИКЛ H2

4. ВЧ РАЗРЯД ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЦЕНА РАЗЛОЖЕНИЯ H2S СВЧРАЗРЯД НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА НАУЧНЫЙ ЗАДЕЛ Лабораторные эксперименты: точки – 1-2kW RF и MW разряды; 1,2 – теория для абсолютной и идеальной закалки соответственно, 3,4 – теоретический предел для центробежного эффекта • Использование неравновесного центробежного эффекта в микроволновом разряде с закруткой газа и сверхидеальной закалкой в послеразрядной зоне позволила реализовать процесс с низкими энергозатратами ~ 1 кВт*час/(м3 Н2 + 1,4 кГ серы)

5. УПРОЩЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА БЛОКА СЕРООЧИСТКИ в НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ ТРАДИЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ Refinery fuel gas Воздух (O2) Воздух Топливо Очищенная нефть «кислый» газ Tail gas Установка Клауса БР SCOT unit H2 HDS Сера БР H2S rich gas Нефть H2 Incenerator stack Отходящие газы HDS – реактор гидрообессеривания «кислый» газ: H2S, CO2, H2O БР – блок разделения (аминовый) Refinery fuel gas: H2, CH4, C2-C5 Tail gas: H2S, COS, CS2, CO2

6. УПРОЩЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА БЛОКА СЕРООЧИСТКИ в НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ с ПЛАЗМЕННЫМ РЕАКТОРОМ Sweet Refinery cut Электроэнергия S Блок Разделения (аминовый) H2S Плазменный реактор «кислый» газ HDS реактор H2 H2+H2S Блок разделения H2 Refinery cut Сера

7. Водород + H2S Кр Водород очищенный П-1 ЭФ-1 CК-2 П-1 П-2 ПХР Ф-1 Р-1 CК-1 Водород неочищенный Т-1 сера Н сера ПРОЦЕСС ДИССОЦИАЦИИ СЕРОВОДОРОДА В ПЛАЗМЕ БЛОК СХЕМА УСТАНОВКИ Мощность 100 кВт, производительность ~ 100 м3/ч Н2S К-1,2 - колонны аминовой очистки; П-1 – ВЧ - плазмотрон; СК-1, СК-2 - конденсаторы серы; ПХР – плазмохимический реактор(П-1 + СК-1); ЭФ-1 – электрофильтр - уловитель аэрозольной серы; С-1 - емкость парового конденсата; С-2 - емкость жидкой серы; Н - насос; Кр - компрессор; Т-1 – паровой подогреватель; Р-1 – регулятор расхода, давления. Ф-1 – фильтр очистки от амина, капельной влаги и механических примесей (при необходимости)

8. ПЛАЗМОХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ СЕРОВОДОРОДА ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА Полное извлечение водорода для его повторного использования в цикле гидроочистки нефти от серы Практически полный отказ от производства водорода для целей гидроочистки: снижение потребления природного газа и снижение выброса СО2 Практически полное отсутствие экологически вредных выбросов SO2, COS, CS2и др. Высокая удельная производительность и низкая материалоемкость оборудования Резкое снижение числа стадий и переделов по сравнению с методом Клауса Плазменная технология выгодно отличается от технологии Клауса в отношении как капитальных, так и эксплуатационных затрат

9. 50 кВт БЛОК 5 кВтБЛОК 1МВт ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД В МОСКВЕ НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА МАСШТАБИРОВАНИЕ

10. НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА МАСШТАБИРОВАНИЕ И ОБОРУДОВАНИЕ ПОЛНОСТЬЮ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ПЛАЗМЕННЫЙ РЕАКТОР • Микроволновой плазмотрон; • Частота 0.915 ГГц; • Мощность 400 кВт; • Процесс – разложение H2S; • Производительность 400 м3/час Было разработано оборудование для блока мощностью 5 MВт

11. НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА МАСШТАБИРОВАНИЕ: ИТОГИ СРЕДНЯЯ МОЩНОСТЬ УСТАНОВКИ КЛАУССА-СКОТТА СООТВЕТСТВУЕТ 5MВтМОЩНОСТИ ПЛАЗМЕННОГО БЛОКА

12. РАЗРЯД ВНЕШНИЙ ВИД ЗДАНИЯ УСТАНОВКИ НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА УСТАНОВКА В ОРЕНБУРГЕ ПОЛНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕКСАЯ ЦЕПОЧКА: ПЛАЗМЕННОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ; СБОР СЕРЫ; РАЗДЕЛЕНИЕ ГАЗОВЫХ ПРОДУКТОВ;ФИНИШНАЯ ОЧИСТКА ВОДОРОДА

13. УСТАНОВКА ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СЕРОВОДОРОДА КОНТЕЙНЕРНЫЙ ВАРИАНТ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР БЛОКИ ПИТАНИЯ БЛОКИ МЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ

14. НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ЭКОНОМИКИ Затраты на переработку сероводорода в расчёте на производительность установки 1000 нм3/час: (1) методом Клауса Скота; (2) плазмохимическим методом на основе ВЧ-разряда с ламповым источником питания; (3) плазмохимическим методом на основе ВЧ-разрядас тиристорным источником питания Выигрыш по сравнению с методом Клауса Скота при переработке сероводорода плазмохимическим методом на основе ВЧ-разряда (1) ламповый источник питания (2) тиристорный источник питания в расчёте на производительность установки 1000 нм3/час

15. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !