Ерітілген газдар. Өрт және жарылыс қауіптілігі бойынша үй-жайларды жіктеу. Күкіртсутек және метан

Өрт мамандары жүргізген кезде жану химиясының көптеген мәселелері ескеріледі жарылыс және өрт қауіптілігі бойынша үй-жайларды жіктеу. Ең алдымен, бұл процесте жарылыс қаупін тудыратын жанғыш газдардың табиғатын білу қажет. Әріптестеріміздің назарына жану процестері ғылымының негізін салушылар Борис Генрихович Тидеман мен Дмитрий Борисович Ссиборскийдің «Жану химиясы» оқулығынан үзіндіні ұсынамыз.

Күкіртсутек және метан.

Күкіртсутек(H 2 S) ауадан сәл ауыр. Оның тығыздығы 1,192. Басқа газдармен салыстырғанда күкіртсутек қауіпті емес, өйткені оның ауада болуы иісіне байланысты оңай байқалады (шіріген жұмыртқаның иісі бар) және ол қатты жарылып кетпейді.

Күкіртсутек көптеген органикалық заттардың ыдырауы кезінде түзіледі, әсіресе кәріздерде, шұңқырларда және күкіртті металдарды өңдеу кезінде, сода қалдықтары мен газ тазалау массасын сақтау кезінде бөлінеді; Табиғатта жанартаулық газдар мен минералды бұлақтарда кездеседі.

Лаффит пен Баре (199), күкіртсутек қоспасының ауамен өздігінен тұтану температурасын анықтай отырып, ең төменгі температура, атап айтқанда 292°, ауадағы H 2 S концентрациясы шамамен 13-14% болғанда байқалатынын анықтады. . Бұл температурада жалын бірден пайда болмайды, бірақ біраз кідіріспен және жалын пайда болғанға дейін бүкіл қоспасы жарқырай бастайды. Жоғары температурада жарқырау жоғалады, өйткені қоспаның жарқырауы мен тұтану арасындағы аралық температура жоғарылаған сайын азаяды.

Бұл жұмысты сайт ұжымы назарларыңызға ұсынады «Жарылыс және өрт қауіптілігі бойынша үй-жайларды жіктеу»

///////////////////////////////////////////////////////

Метан(CH 4) ауадан жеңіл; оның тығыздығы 0,559. Оны кейде батпақ газы немесе шахта газы деп қате атайды. Рас, бұл газдар негізінен метаннан тұрады, бірақ олар таза химиялық қосылыс емес, әртүрлі газдардың қоспасы. Баку облысы мен Грозный облысындағы табиғи газдың шамамен құрамын, сонымен қатар шахталық газдың құрамын келтірейік (2-кесте).

кесте 2

Шахталық газ……………… Сураханы…………………….. Шубаны - «Мәңгілік алаулар» ... Старорозненский IV………	CH 4	O 2	ауа	CO 2		C2H6	C 3 H 8	Жоғары көмірсулар.
	пайызбен
	76,2 76,3 92,9 57,6			19,5	19,7	16,8		10,2

Метан оттегімен және ауамен 650-750° температурада, сондай-ақ жалыннан, ұшқыннан және әртүрлі катализаторлардың әсерінен тұтанатын жарылғыш қоспалар түзеді. Шахталардағы жарылыстар кезінде қазбалы көмірлермен үнемі бірге жүретін күкірт колчеданы (FeS 2) кейде катализатор рөлін атқарады.

Ең қуатты жарылғыш қоспа бір көлем метан мен екі көлем оттегінен немесе 9,6 көлем ауадан тұрады. Реакция теңдеу бойынша жүреді:

CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O+192 кал.

Метан ауамен келесі жанғыш қоспаларды түзеді (41):

0-ден 4%-ға дейін метан………………………….. жарылыс жоқ

» 4 » 6% » ……………………………… әлсіз жарылыс

» 6 » 9% » ……………………………… күшті жарылыс

» 9 » 10% » ……………………………… өте күшті жарылыс

» 10 » 13% » ……………………………… күшті жарылыс

» 13 » 16% » ……………………………… әлсіз жарылыс

16%-дан жоғары » ……………………………… жанғыш қоспа

Бұл жұмысты сайт ұжымы назарларыңызға ұсынады. Жарылыс және өрт қауіптілігі бойынша үй-жайларды жіктеу»

///////////////////////////////////////////////////////

Бұл қоспалардың жарылғыш қасиеттері көмірқышқыл газының қатысуымен төмендейді; керісінше көмір шаңының болуына байланысты көбейеді. Тұтану температурасы салыстырмалы түрде жоғары; Метанның тұтануы қиын, сондықтан Дэви принципі бойынша жасалған қауіпсіздік шамдары қоспаны жарылудан жақсы қорғайды.

Метанның өздігінен тұтану жағдайлары бар, олар органикалық заттардың ыдырауы нәтижесінде пайда болатын фосфид сутегі іздерінің болуымен түсіндіріледі. Хлормен бірге метан жарыққа ұшыраған кезде жарылып кететін қоспаны шығарады.

Метан көмір шахталарында, көмір қоймаларында, кемелердің көмір шұңқырларында көмірдің баяу ыдырауынан, тоқтап тұрған суларда, каналдарда, шұңқырларда, батпақтарда, тоғандарда органикалық заттардың ыдырауынан түзіледі. Су қоймаларында ол мұздың астында көпіршіктер түзеді, олар кейде мұз жарылған кезде өздігінен тұтанады. Ол табиғи жанғыш газдардың негізгі бөлігін құрайды. Жертөлелерде және жертөлелерде топырақтан бөлінетін метанның жарылу жағдайлары болды.

Табиғи газдар негізінен метанмен ұсынылған - CH 4 (90 - 95% дейін). Бұл ең қарапайым химиялық формулагаз, жанғыш, түссіз, ауадан жеңіл. Табиғи газға сонымен қатар этан, пропан, бутан және олардың гомологтары кіреді. Жанғыш газдар мұнайдың маңызды серігі болып табылады, газ қақпақтарын түзеді немесе мұнайда ериді.

Сонымен қатар, метан өзінің жарылғыштығына байланысты кеншілерге үлкен қауіп төндіретін көмір шахталарында да кездеседі. Метан сондай-ақ батпақтардың шығарындылары түрінде белгілі - батпақты газ.

Метан қатарындағы метан және басқа (ауыр) көмірсутек газдарының құрамына байланысты газдар құрғақ (нашар) және майлы (бай) болып бөлінеді.

• TO газдар құрғақнегізінен метан құрамы (95 - 96% дейін), оның құрамында басқа гомологтардың (этан, пропан, бутан және пентан) мөлшері шамалы (пайыздың фракциялары). Олар мұнайды құрайтын ауыр компоненттермен байыту көздері жоқ таза газ кен орындарына көбірек тән.
• Майлы газдар– бұл «ауыр» газ қосылыстарының көп мөлшері бар газдар. Метаннан басқа оларда ондаған пайыздық этан, пропан және гексанға дейінгі жоғары молекулалық қосылыстар бар. Майлы қоспалар мұнай кен орындарымен бірге жүретін ілеспе газдарға көбірек тән.

Жанғыш газдар оның барлық белгілі кен орындарында мұнайдың жалпы және табиғи серіктері болып табылады, т. мұнай мен газ өзара байланысына байланысты ажырағысыз химиялық құрамы(көмірсутек), шығу тегі ортақ, қоныс аудару жағдайлары және әртүрлі типтегі табиғи тұзақтарда жинақталуы.

Ерекшелік - «өлі» деп аталатын май. Бұл тек газдардың ғана емес, сонымен қатар мұнайдың өзінің жеңіл фракцияларының булануы (ұшу) есебінен толығымен газсыздандырылған жер бетіне жақын мұнайлар.

Мұндай мұнай Ресейде Ухтада белгілі. Бұл дәстүрлі емес шахта әдісімен алынатын ауыр, тұтқыр, тотыққан, ақпайтын мұнай.

Мұнай жоқ және газдың астын қабат сулары жатқан таза газ кен орындары әлемде кең таралған. Ресейде Батыс Сібірде супергигант газ кен орындары ашылды: қоры 5 триллион болатын Уренгойское. м 3, Ямбургское – 4,4 трлн. м 3, Заполярное – 2,5 трлн. м 3, Медвежье – 1,5 трлн. м 3.

Дегенмен, мұнай-газ және газ-мұнай кен орындары ең кең таралған. Мұнаймен бірге газ не газ қақпақтарында, яғни. мұнайдың үстінде немесе мұнайда еріген күйде. Содан кейін ол еріген газ деп аталады. Негізінде құрамында еріген газы бар мұнай газдалған сусындарға ұқсайды. Қабат қысымы жоғары болған кезде мұнайда газдың айтарлықтай көлемі ериді, ал өндіру кезінде қысым атмосфералық қысымға дейін төмендегенде мұнай газсызданады, т.б. газ-мұнай қоспасынан газ тез бөлінеді. Мұндай газ ілеспе газ деп аталады.

Көмірсутектердің табиғи серіктері болып табылады көміртегі диоксиді, күкіртті сутегі, азот және инертті газдар (гелий, аргон, криптон, ксенон) қоспалар ретінде онда болады.

Көмірқышқыл газы және күкіртті сутек

Газ қоспасындағы көмірқышқыл газы мен күкіртті сутек негізінен жер бетіне жақын жағдайларда оттегінің көмегімен және аэробты бактериялардың қатысуымен көмірсутектердің тотығуы есебінен пайда болады.

Үлкен тереңдікте көмірсутектер табиғи сульфат түзуші сулармен жанасқанда көмірқышқыл газы да, күкіртті сутек те түзіледі.

Өз тарапынан күкіртсутек тотығу реакцияларына, әсіресе күкірт бактерияларының әсерінен оңай түседі, содан кейін таза күкірт бөлінеді.

Осылайша, күкіртсутек, күкірт және көмірқышқыл газы үнемі көмірсутек газдарымен бірге жүреді.

Азот

Азот – N – көмірсутекті газдардағы кең таралған қоспа. Шөгінді қабаттардағы азоттың шығу тегі биогендік процестерге байланысты.

Азот - табиғатта әрең әрекеттесетін инертті газ. Майда және суда нашар ериді, сондықтан ол не бос күйде, не қоспалар түрінде жиналады. Табиғи газдардағы азот мөлшері көбінесе аз, бірақ кейде таза күйінде жинақталады. Мысалы, Орынбор облысындағы Ивановское кен орнында жоғарғы пермь шөгінділерінен азот газының кен орны ашылды.

Асыл газдар

Инертті газдар – гелий, аргон және басқалары азот сияқты реакцияға түспейді және көмірсутекті газдарда әдетте аз мөлшерде кездеседі.

Гелий құрамының фондық мәндері 0,01 - 0,15% құрайды, бірақ 0,2 - 10% дейін кездеседі. Табиғи көмірсутекті газдың құрамындағы өнеркәсіптік гелийдің мысалы ретінде Орынбор кен орны болып табылады. Оны алу үшін газ өңдеу зауытының жанынан гелий зауыты салынды.

ЖОҒАРЫ ЭНЕРГИЯЛЫҚ ХИМИЯ, 2014, 48-том, № 6, б. 491-495

ПЛАЗОМОХИМИЯ

UDC 544:537.523:66.088

КЕДЕРГІ разрядта күкіртсутектен метанды тазарту

© 2014 С.В.Кудряшов, А.Н.Очередко, А.Ю.Рябов, К.Б.Кривцова, Г.С.Щеголева

Мұнай химиясы институты, Ресей ғылым академиясының Сібір филиалы 634021, Томск-21, Академиялық даңғылы, 4 E-TAI: [электрондық пошта қорғалған]Редакциямен 1014 жылғы 23 сәуірде алынды. Қорытынды түрінде 2014 жылғы 26 маусымда.

Барьерлік разрядтағы күкіртсутектен метанды тазарту процесі зерттелді. Күкіртсутегінің толық жойылуына 0,5 воль концентрациясында қол жеткізілді. %. Газ тәрізді реакция өнімдерінің құрамында негізінен сутегі, этан, этилен және пропан болады. Күкіртсутегін кетіру үшін энергия шығыны 325-тен 45 эВ/молекулаға дейін, метанды түрлендіруге және сутегін өндіруге – 18-ден 12,5 эВ/молекулаға дейін өзгереді. Процесс реактор электродтарының бетінде шөгінділердің пайда болуымен бірге жүреді. Шөгінділердің еритін компоненттерінде сызықтық және циклдік құрылымды органикалық полисульфидтер анықталды. Оларды қалыптастырудың ықтимал механизмі ұсынылған.

BO1: 10,7868/80023119714060064

Күкіртсутек мұнай-химия зауыттарының қалдық газдарында, табиғи және ілеспе мұнай газдарында болады. Ол жабдықтың коррозиясын тудырады, каталитикалық улану болып табылады және қауіпті қоршаған ортажәне өнеркәсіптік ауқымда сутегі мен элементтік күкірт көзі ретінде қарастырылады. Абсорбция әдістері мен Клаус процесі негізінен өнеркәсіптік және көмірсутекті газдарды тазарту үшін қолданылады. Бұл әдістердің жалпы кемшіліктері көп сатылы, ресурсты көп қажет ететін, шикізаттың бастапқы құрамына сезімталдығы, қымбат реагенттер мен катализаторлардың қажеттілігі және олардың кейіннен регенерациялануы. Сондықтан көмірсутек шикізатын күкіртсутектен тазартудың жаңа әдістерін іздеу өзекті болып табылады.

Әдеби деректерде күкіртсутекті түрлендірудің плазмалық-химиялық әдістеріне, негізінен, сутегі мен күкірт алу мақсатында үлкен қызығушылық бар. Бұл бағытта КСРО-да айтарлықтай прогреске қол жеткізілді және микротолқынды разрядты қолдану технологиясы өнеркәсіптік ауқымда сынақтан өтті. Нәтижелер бөлімінде егжей-тегжейлі сипатталған. Төмен қысымды жарқырау және сырғанау доғасының разряды сияқты электр разрядтарының басқа түрлерін қолдану арқылы перспективалы нәтижелер алынды. Дегенмен, Клаус процесі сияқты, бұл әдістер көмірсутектердің қоректену ағынынан күкіртсутекті алдын ала бөлуді талап етеді. Көбінесе бұл экономикалық тұрғыдан мүмкін емес немесе техникалық мүмкін емес, әсіресе кен орындарының өңдеу зауыттарынан қашықтығына байланысты. Көмірсутек газдарын күкіртсутектен тікелей тазарту үшін осы әдістерді қолдану терең сусыздандыруға әкеледі.

көмірсутекті құрылымдар. Бұл жағдайда процесс үшін неғұрлым қатаң шарттарды қамтамасыз ететін разрядтар қолайлы болуы мүмкін, мысалы, тәж және тосқауыл разрядтары (BD). БР және тәж разрядтарында күкіртсутектің ыдырауы бойынша жұмыстардың басым бөлігі балласт газдары – Ar, He, H2, N2, 02 көмегімен жүргізілді. БР-да метан мен биогаздан күкіртті сутекті жою бойынша тек 2 жұмысты таптық. Алайда, бұл деректер БР көмегімен күкіртсутектен көмірсутек газдарын тікелей тазарту перспективаларын бағалау үшін жеткіліксіз. Осыған байланысты БР-да күкіртсутектен метанды тазарту процесін зерттеу өзекті болып табылады.

ЭКСПЕРИМЕНТТЫҚ ПРОЦЕДУРА

Экспериментті орнату диаграммасы суретте көрсетілген. 1. 1 және 2 баллондардағы метан мен күкіртті сутек электродтардың жазық орналасуы бар 3-реакторға жақсы реттелетін газ ағыны клапандары арқылы беріледі. Қалыңдығы 1 мм шыны талшықтан жасалған диэлектрлік тосқауылдың 5 бетіне мыс өткізгіштен 4 жасалған жоғары вольтты электрод желімделген. Плазмалық-химиялық реактордың 6 корпусы дуралюминийден жасалған және жерге тұйықталған электрод қызметін атқарады. Реактор ыдысының температурасы термостат 7 арқылы бақыланады. Шығару саңылауының қалыңдығы 1 мм, жоғары вольтты электродтың ауданы 124,7 см2 (19,8 х 6,3 см). Разряд генератордан берілетін жоғары вольтты кернеу импульстары арқылы қозғалады. Газ тәрізді реакция өнімдерін талдау жылу өткізгіштік детекторымен жабдықталған HP 6890 хроматографында жүргізілді. Реакция өнімдеріндегі сутегі мөлшері анықталады

Талшықты-оптикалық кабель

Плазмалық химиялық реактордың осьтік қимасы

Шығару тогы I Тығыздағыш қысқыш жолақ

Талшықты-оптикалық кабель кірісі

Шығу қондырмасы

Термостат жүйесінің қуысы

Күріш. 1. Тәжірибелік қондырғының схемасы: 1 - метан қосылған цилиндр, 2 - күкіртсутегі бар цилиндр, 3 - плазмалық-химиялық реактор (жоғарғы көрініс), 4 - жоғары вольтты электрод, 5 - диэлектрлік тосқауыл, 6 - жерге тұйықталған реактор ыдысы, 7 - термостат, 8 - жоғары вольтты импульстік генератор, 9 - Tektronix TDS 380 цифрлық осциллограф, 10 - кернеу бөлгіш (C1 = 55 пФ, С2 = 110 нФ), 11 - сыйымдылық (C3 = 304 нФ) және ток (R1) = 1 Ом) шунттар, n - қосқыш, 12 - талшықты-оптикалық УК/Вис спектрометр AvaSpec-2048.

бірақ HP-PLOT Molecular Sieves 5A колонкасын пайдалана отырып, басқа өнімдер - HP-PoraPlot Q. Метанды күкіртсутектен тазарту процесінде реактор электродтарының бетінде шөгінділер түзіледі, оның элементтік талдауы CHNOS көмегімен жүргізілді. анализатор Vario EL Cube, рентгендік фазалық талдау - дифрактометр көмегімен - ra Bruker D8 Discover. Шөгінділердің еритін компоненттерін талдау Thermo Scientific DFS газ хроматографиясы-масс-спектрометрінің көмегімен жүргізілді. Барлық тәжірибелерде газ қоспасының көлемдік жылдамдығы 60 см3 мин-1, разряд аймағымен жанасу уақыты 12,5 с, температура 20°С, қысым – атмосфералық, кернеу импульсінің амплитудасы 8 кВ, импульстің қайталану жиілігі 2 кГц, импульс. ұзақтығы 470 мкс, белсенді қуат разряды 7 Вт.

НӘТИЖЕЛЕР МЕН ПІКІРТАЛАС

Суретте. 2-суретте метан мен күкіртсутектің концентрациясына айналуының тәуелділігі көрсетілген. Күкіртсутегінің толық жойылуына 0,5 воль концентрациясында қол жеткізілді. газ қоспасының реактор арқылы бір өтуі үшін %. Күкіртсутек концентрациясын 3,8 т. % оның конверсиясын ~96 томға дейін азайтады. %, метанның конверсиясы ~8,7-ден 12,2 томға дейін артады. %.

Суретте. 3-суретте күкіртсутектің концентрациясына байланысты газ тәрізді реакция өнімдерінің түзілу селективтілігі көрсетілген. Сутегінің реакцияның негізгі өнімі екенін көруге болады, оның мөлшері ~60-тан 77-ге дейін өзгереді. күкіртсутек концентрациясына байланысты %. Өнімдердегі көмірсутектердің жалпы мөлшері шамамен 2 есе аз. Құрамында негізінен этан түзіледі

01234 H2S бастапқы концентрациясы, т. %

Күріш. 2. Күкіртсутек пен метанның күкіртсутектің концентрациясына байланысты айналуы: 1 – күкіртсутек, 2 – метан.

1234 H2S бастапқы концентрациясы, т. %

Күріш. 3. Күкіртсутек концентрациясына байланысты газ тәрізді реакция өнімдерінің түзілу таңдамалылығы: 1 – сутегі, 2 – этан, 3 – этилен, 4 – пропан.

қатынасы ~16,5-тен 31 томға дейін өзгереді. %, этилен мен пропанның жалпы түзілуі 10 т. аспайды. % Күкіртсутек концентрациясының жоғарылауы сутегінің түзілуінің жоғарылауына және көмірсутектердің жалпы түзілуінің төмендеуіне әкеледі.

Реакция өнімдерінде метилмеркаптан табылды, оның мөлшері 0,5 көлемнен аспайды. %. Метилмеркаптан BR әсерінен су буының қатысуымен метан-күкіртті сутегі қоспасының түрленуінің негізгі газ тәрізді өнімі ретінде анықталды. Біздің жағдайда реакция өнімдеріндегі метилмеркаптанның аз болуын оның газ қоспасынан күкіртсутекпен бірге шығарылуымен түсіндіруге болады. Корона разрядында метилмеркаптан күкіртсутекке (метилмеркаптан ~45 эВ/молекула, күкіртсутек -115 эВ/молекула) қарағанда ауадан оңай шығарылатыны көрсетілген. Осылайша, күкіртсутектің ыдырауы кезінде түзілетін элементтік күкірт реактор электродтарында шөгінділердің пайда болуы кезінде басым жұмсалады.

Күкіртсутекті, метанды және сутегін өндіруді түрлендіруге арналған энергия шығыны суретте көрсетілген. 4. Күкіртсутегін (~325 эВ/молекула) түрлендіру үшін ең жоғары энергия шығыны 0,5 воль концентрациясында алынды. %. Күкіртсутек концентрациясын 3,8 т. дейін арттыру. % энергия шығындарын -45 эВ/молекулаға дейін экспоненциалды түрде төмендетеді. Метанды түрлендіруге (-18 эВ/молекула) және сутегін өндіруге (-15,3 эВ/молекула) энергия шығыны күкіртті сутегін кетіруге қарағанда айтарлықтай төмен және оның концентрациясын -12,5 эВ/молекулаға дейін арттырғанда азаяды. . Күкіртті сутегін кетіруге арналған минималды энергия шығыны метаннан 1% күкіртті сутегін алу кезінде алынған -40 эВ/молекула деректерімен салыстыруға болады.

BR су буы. Бірақ бұл жерде күкіртсутегінің төмен конверсиясы ~ 70 т. %.

BD күкіртсутегінің ыдырауы және тәжді разряд бойынша жұмыстардың басым көпшілігі балласт газдары – Ar, He, H2, N2, O2, ауаны қолдану арқылы жүзеге асырылды, бұл күкіртсутегін кетіруге арналған энергия шығындарын салыстыруды қиындатады. Дегенмен, күкіртті сутегін кетіру үшін біз алған ең аз энергия шығыны ~12 эВ/молекуладан жоғары, бірақ ~81 эВ/молекула деректерінен төмен. Тәж разрядындағы күкіртті сутегін кетіруге арналған энергия шығыны, қасиеттері бойынша BR-ге ұқсас, айтарлықтай өзгереді және 4,9-115 эВ/молекула диапазонында болады.

Н^ бастапқы концентрациясы, т. %

Күріш. 4. Күкіртсутектің концентрациясына байланысты күкіртті сутекті, метанды түрлендіруге және сутегін алуға жұмсалатын энергия шығыны: 1 – күкіртті сутегі, 2 – метан, 3 – сутегі.

Метан-күкіртті сутегі қоспасындағы электрон энергиясының жоғалуы (3 т.%). B/Y = 9 x 10-20 В м2

Шығындар, % Метан күкіртті сутек

Діріл деңгейлері 47,1 31,4

Электрондық деңгейлер 20.5

Иондалу 0,9 0,3

Адгезия 7 x 10-2 4 x 10-2

Электр разрядтарының тепе-тең емес плазмасын пайдаланатын күкіртсутегінің ыдырау процестерінің жалпы тенденциясы күкіртсутек концентрациясында ең жоғары энергия шығыны (500 эВ/молекулаға дейін) байқалатынын ескеріңіз.<1 об. %, как и в наших экспериментах.

Бұдан шығатыны, БР-де таза метанның пиролизі үшін энергия шығыны

БУХОВЕЦ В.Л., ГОРОДЕЦКИЙ А.Е., ЗАЛАВУТДИНОВ Р.Х., ЗАХАРОВ А.П., МУХИН Е.Е., РАЗДОБАРИН А.Г., СЕМЕНОВ В.В., ТОЛСТЯКОВ С.Ю. - 2011 жыл

ҚОСЫЛҒАН АТОМ СУТЕКІНІҢ СТИМУЛЬДЕНГЕН МЕТАННЫҢ ПИРОЛИЗІ. I. ЭКСПЕРИМЕНТТЫҚ ЗЕРТТЕУ

БАРАНОВ И.Е., ДЕМКИН С.А., ЖИВОТОВ В.К., НИКОЛАЕВ И.И., РУСАНОВ В.Д., ФЕДОТОВ Н.Г. - 2004 ж

Метанды экстракциялау арқылы биогазды күкіртсутектен және басқа қоспалардан тазарту әдістері

Ашыту процесінің температурасында 30-40 0 С биогаз реактордан суға қаныққан күйде шығады. Осыны ескере отырып, биогаз шикізаты су буымен қаныққан және құрамында метанмен (CH 4) және көмірқышқыл газымен (CO 2), сонымен қатар айтарлықтай мөлшерде күкіртсутек (H 2 S) бар. Газды тазарту қондырғыларын қатты тозудан қорғау және келесі тазарту сатыларының талаптарын қанағаттандыру үшін биогаздан су буы, күкіртті сутегі және көмірқышқыл газы жойылуы керек.

Бүгінгі таңда биогазды тазартудың үш негізгі әдісі бар: қоспаларды сұйық (ылғалды) және қатты (құрғақ) химиялық сіңіру әдісі (сіңіру және адсорбция), мембрананы бөлу және мұздату әдісі (криогендік әдіс).

Биогаздың ең зиянды компоненті – күкіртсутек. Ол улы, жағымсыз иісі бар, ылғал болған кезде және, әсіресе көмірқышқыл газымен үйлескенде, жану кезінде металл жабдықтарының коррозиясын тудырады, су буымен әрекеттесіп, күкіртке айналатын күкірт оксиді мен диоксидін түзеді; және күкірт қышқылдары, олар коррозияға қабілетті.Биогаздағы күкіртсутегінің мөлшері 3% жетуі мүмкін. Күкіртсутек су буымен бірге және әсіресе көмірқышқыл газымен бірге газ жабдығының металл беттеріне коррозиялық әсер етеді және коррозия жылдамдығы жылына 0,5-1 мм жетуі мүмкін. Биогазды жағу кезінде күкіртсутек күкірт оксидтеріне айналады. Олар су буымен әрекеттесе отырып, күкірт және күкірт қышқылдарын түзеді, олар да коррозиялық. Сонымен қатар, H 2 S, SO 2 және SO 3 өте улы газдар болып табылады.

Хлор және фторлы көмірсутектер қондырғыдағы жану өнімдерін конденсациялау кезінде тұз және фтор қышқылының түзілуіне байланысты коррозия қаупіне әкеледі.

Күкіртсутек пен галогенді көмірсутектерді жою жұмыс істеп тұрған қондырғыларда әртүрлі әдістерді қолдану арқылы жүзеге асырылады: белсендірілген көмірге адсорбциялау немесе жуу ерітіндісінде сіңіру.

Адсорбция кезінде биогаз алдымен арнайы өңделген белсендірілген көмір арқылы өтеді, мұнда H 2 S күкіртке дейін тотығады, ол көмірдің кеуектерімен сорбцияланады (1 кг белсендірілген көмірге 0,3 кг күкірт). Биогаздың құрамындағы су буы белсендірілген көмірге адсорбцияланады, нәтижесінде көмірдің галогенді көмірсутектерге қатысты белсенділігі төмендейді. Сондықтан биогазды тазалаудың келесі кезеңіне дейін кептіру жүргізіледі. Әрі қарай газ активтендірілген көмірі бар басқа саптама арқылы өтеді, оның үстіне құрамында галоген бар көмірсутектер адсорбцияланады.

Биогаз күкіртсутектен әртүрлі әдістермен тазартылады. Төмен қуатты биогаз қондырғыларында (жүздеген м 3 /күн) темір оксидімен (феррооксид сүзгісі) әрекеттесу кезінде сульфидтердің түзілуіне байланысты H 2 S жоюдың адсорбциялық («құрғақ») әдісі қолданылады:

Fe2O3 ˙ 3H 2 O + 3H 2 S → Fe 2 S 3 + 6H 2 O

Адсорбенттің оңтайлы ылғалдылығы (5−20%) биогаздағы су буының арқасында сақталады. 1 кг темір оксиді шамамен 250 г H 2 S сорбциялайды. Адсорбенттің регенерациясы ауамен үрлеу арқылы жүзеге асады. Бұл жағдайда темір оксидінің бетінде тұндырылған элементтік күкірт түзіледі:

Fe 2 S 3 + − O 2 + 3H 2 O → Fe 2 O 3 ˙ 3H 2 O + 3S

Әрбір регенерациядан кейін темір оксидінің сорбциялық қабілеті орта есеппен 15%-ға төмендейді, бұл жұмсалған сорбентті жүйелі түрде ауыстыруды қажет етеді.

Биогазды үздіксіз күкіртсіздендіру үшін колонналардың ауыспалы жұмыс режимі бар екі бағаналы қондырғы қолданылады: бір колоннада күкіртті сутекті сіңіру процесі жүреді, ал екіншісінде ауаны үрлеу арқылы сорбенттің регенерациялануы (сурет 1). 1).

Күріш. 1 – биогазды күкіртсутектен тазартуға арналған екі бағаналы қондырғы

1-үрлегіш, 2-ауа атмосфераға, 3-реактордан биогаз, 4-күкіртсіздендіргіш, 5-конденсат, 6-тазартылған биогаз, 7-атмосфераға ауа.

Темір гидроксиді (Fe(OH) 3) колоннаға орналастырылған (диаметрі 1,0−1,2 м, биіктігі 2−3 м) бөлшектердің мөлшері 10−20 мм болатын жүк түріндегі күкіртсутекті сіңіргіш ретінде пайдалануға болады. гидравликалық кедергісі төмен қабаттарда. Құрамында 0,35% H 2 S бар 100 м 3 биогазды тазарту үшін шамамен 2 кг Fe(OH) 3 қажет. Fe(OH) 3 шығыны стехиометриялық қатынас бойынша 1 кг өндірілген H 2 S үшін 2,1 кг құрайды.

Күкіртсутектен газды тазарту. Газдарды H 2 S-ден терең тазарту темір гидроксиді, белсендірілген көмір, цеолиттер және басқа абсорберлерді қолдану арқылы адсорбциялық әдістермен қамтамасыз етіледі.

Белсендірілген көмір H 2 S тиімді сіңіргіш болып табылады. Адсорбенттегі H 2 S тотығу процестерінің жоғары экзотермиялық болуы абсорбер қабатының қарқынды қызуына және көмірдің тұтану қаупіне әкеледі. Осыған байланысты, белсенді көміртегі бар H 2 S газды тазарту 5 г/м 3 дейін ластаушы концентрацияда жүзеге асырылады. H 2 S газдарды тазарту үшін қолданылатын белсенді көміртектердің сұр сыйымдылығы 200...520 кг/м 3 құрайды. Көмір қабатының биіктігі 1 м-ден жоғары болғанда сіңіргіштің қол жеткізілген қанығу дәрежесі 90%-дан асады.

Қаныққан көмірлерді регенерациялау сульфид аммоний ерітіндісімен (NH 4) 2 S. Алынған көмірді сумен жуу арқылы сульфидті күкірттен босатып, аммоний тұздарын тазарту үшін аршып, кептіреді.

Айнымалы қысым әдісін пайдаланған кезде біз «адсорбция» немесе көмірқышқыл газын бөлудің «құрғақ әдісі» деп аталатын туралы айтып отырмыз. Биогаз адсорбенттік резервуарға компрессордың көмегімен (шамамен 8-10 бар) престеледі. Онда көмірқышқыл газы белсендірілген көмірде немесе електе (көміртек негізіндегі молекулалық електер) қалады және осылайша бөлінеді.

Биогазды күкіртсіздендірудің «құрғақ» әдісінің негізгі кемшілігі - түзілетін жылудың айтарлықтай көлеміне байланысты регенерация кезінде материалдың өздігінен жану қаупі.

Ауыр және құрамында галоген бар көмірсутектерді бөлудің тағы бір әдісі судағы немесе әртүрлі химиялық қосылыстардың сулы ерітінділеріндегі газ компоненттерінің әртүрлі ерігіштігіне негізделген абсорбциялық тазарту болып табылады. Бұл технологиямен құрамында галоген бар қосылыстар органикалық еріткіштер қоспасынан тұратын жуу ерітіндісімен сіңеді (шайылады). Бұл жағдайда қол жеткізілген хлор қосылыстарынан тазарту тиімділігі 95% -дан астам.

Жоғары H 2 S мазмұны бар биогаздың жоғары шығыны кезінде (мыңдаған м 3 /тәул) тазарту темір тұздарының ерітінділерін қолдану арқылы абсорбциялық («ылғалды») әдіспен жүзеге асырылады.

Қалпына келтіру колоннасында (абсорбер) биогаздың жоғары ағыны Fe +3 (Fe(OH) 3 суспензиясы) ерітіндісімен жуылады:

H 2 S + 2Fe +3 → S + 2Fe +2 + 2H +

Элементтік күкірт тұндырғышта жуу ерітіндісінен бөлінеді. Ерітінді тотығу колоннасында ауаны үрлеу арқылы қалпына келтіріледі:

4Fe +2 + O 2 + 2H 2 O → 4Fe +3 + 4OH −

Белгілі бір химиялық қосылыстардың сулы ерітінділерін қолдана отырып, биогазды H 2 S және CO 2-ден бір уақытта тазартуды қамтамасыз етуге болады. Мысалы, моноэтаноламин әлсіз негіз бола отырып, H 2 S және CO 2-мен қайтымды әрекеттеседі:

20 0 -25 0 HOCH 2 CH 2 NH 2 + H 2 S HOCH 2 CH 2 NH 3 + HS −

100 0 -110 0 HOCH 2 CH 2 NH 2 + H 2 O + CO 2 HOCH 2 CH 2 NH 3 + HCO 3 −

Қайтымды реакциялардың тепе-теңдігі температураның өзгеруімен оңай ауысады. Моноэтаноламинді тазарту әдісі биогаздан СО 2 толық жойылуын және H 2 S концентрациясының 0,001% көлемге дейін төмендеуін қамтамасыз етеді.

H 2 S ішінара жою арқылы биогазды СО 2-ден тазартудың қарапайым және арзан әдісі - шамамен 0,1 МПа қысыммен сіңіргіштегі сумен жуу. Көмірқышқыл газымен қаныққан су атмосфералық қысымда ауаны үрлеу арқылы қалпына келеді. Шикізат биогазын алдын ала сығуға кететін энергия шығындары тазартылған газдағы метанның жоғары мөлшерімен өтеледі. Суды қысыммен жуу тәжірибеде күкіртсіздендіруден кейінгі биогазды тазартудың екінші кезеңі ретінде қолданылады.

Бірінші әдісте жиі сұйық химиялық СО 2 абсорберлері – моно- және диетаноламиндер қолданылады. Олар көмірқышқыл газын метанмен әрекеттеспей-ақ тығыз «ұстап алады». Нәтижесі іс жүзінде таза метан, бірақ сұйық фазаны өзгерту керек. Оны сіңірілген көмірқышқыл газынан босату үшін оны қыздыру керек. Бұл бұл технологияның энергияны жоғалта бастағанын білдіреді. Криогендік әдіске бірдей маңызды энергия шығындары тән - көмірқышқыл газын мұздату үшін қондырғы өндіретін энергияның айтарлықтай бөлігін жұмсау керек, бұл оның жалпы тиімділігі төмендейді.

Мембраналық технология биогазды өңдеу саласында салыстырмалы түрде жаңа болып табылады. Мембраналық технологияларды қолдану кезінде метанның және басқа газ компоненттерінің бөлінуі әртүрлі газдар молекулаларының әртүрлі диффузия жылдамдығына байланысты қамтамасыз етіледі. Салыстырмалы түрде шағын молекула болып табылатын метан, мысалы, көмірқышқыл газына немесе көмірсутектерге қарағанда мембраналардың көпшілігінен жылдамырақ өтеді. Бұл жағдайда газдың тазалығын мембрана түрі, мембрана беті, ағын жылдамдығы және бөлу кезеңдерінің саны бойынша басқаруға болады.

Мембраналық бөлу әдісі компрессормен сығымдалған биогазды мембрана арқылы өткізуге негізделген, биогаздың қысымы компрессордың көмегімен 10 атмосфераға немесе одан да жоғары көтеріледі және мембраналық модульге беріледі. Тазалаудың бірінші кезеңінен кейін метан концентрациясы 80-85 пайызға дейін артады. Бұл болмайды. Ол екінші кезеңге жіберіледі. Нәтижесінде мұндай қондырғының өзін-өзі қамтамасыз ету құны өндірілетін энергияның 30 пайызына жетеді».

Биогазды бөлу әдісі бар – мембраналық абсорбция. Бұл технология абсорбциялық және мембраналық бөлу әдістерінің артықшылықтарын біріктіреді. Классикалық химиялық сіңіру әдісі сияқты, көмірқышқыл газын сұйық абсорбент «ұстап алады». Дегенмен, тікелей фазалық байланыс жоқ - сұйықтық пен газ мембранамен бөлінген. Бұл технологияның арқасында биогазды мембранаға жеткізу үшін қысымды арттырудың қажеті жоқ - газ биореактордан атмосфералық қысымнан сәл жоғары қысыммен ауырлық күшімен келеді.

Күріш. 2 Полимерлі мембрана

Биогаз ағыны мембрана бойымен қозғалған кезде көмірқышқыл газы мембрана арқылы абсорбенттің жылжымалы сұйық фазасына шығарылады және биогаздағы «еніп кетпейтін» метан концентрациясы күрт артады. Мембраналық модуль сөре сияқты жасалған - сұйық/газ/сұйық/газ - және тығыздалған коллекторға жиналған. Егер сіз биореактордың шығыс бөлігіне мембраналық жүйені орналастырсаңыз, онда СО 2 жойылады және сіз қажетті тазалықтағы метанды экстракциялауға қол жеткізе аласыз. Көмірқышқыл газы кейіннен үрлеу арқылы шығарылады және құбырлар арқылы жылыжайларға жеткізіледі.

Биогазды тазартудың бұл аралас әдісі дәстүрлі ауаны кондиционерлеу әдістерінде химиялық сорбентті қыздыруға, газ қоспасын салқындатуға (криогенді тазарту әдісінде) немесе биогаз қысымын арттыруға (мембраналық тазалау әдісінде) жұмсалатын қосымша энергия шығындарын болдырмауға көмектеседі. . Өзін-өзі қамтамасыз етудің жалпы құны қондырғыда өндірілетін жалпы энергияның 10 пайызынан аспайды.

Газды табиғи газдың сапасына дейін тазартудың экономикалық тиімділігі жоғары отын шығынымен ғана ақталады. Тазалау жүйесі 250 м³/сағ газ өндіретін қондырғылар үшін жарамды деп саналады.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

1. Благутина В.В. Биоресурстар // Химия және өмір - 2007. - No1. – 36-39 б

2. Тихонравов В.С. Мал шаруашылығында балама отын өндірісінің ресурс үнемдейтін биотехнологиялары: ғылыми талдау. шолу. – М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2011. – 52 б.

3. Биогаз бойынша нұсқаулық. Түбіртектен [Электрондық ресурс] пайдалануға дейін. - Кіру режимі. - URL: http:// esco- ecosys. адамдар ru/2012_9/

272-бап.pdf

4. Мембраналық-абсорбциялық газды бөлу жүйелерін қолдану арқылы биогаз қондырғыларының тиімділігін арттыру.Техносферадағы диссертациялар

5. Стребков Д.С., Ковалев А.А. Мал қалдықтарын өңдейтін биогаз қондырғылары. // Ауылдық жерлерге арналған технология мен техника – 2006. – No11. - С.28-30

Шахталық ауадағы қауіпті қоспалар

Шахталық ауаның улы қоспаларына көміртегі тотығы, азот оксиді, күкірт диоксиді және күкіртті сутек жатады.

Көміртек тотығы (СО) –Меншікті салмағы 0,97 түссіз, дәмсіз және иіссіз газ. 12,5-тен 75%-ға дейінгі концентрацияда күйіп, жарылады. Тұтану температурасы, 30% концентрацияда, 630-810 0 С. Өте улы. Өлімге әкелетін концентрациясы – 0,4%. Кен қазбаларында рұқсат етілген концентрация 0,0017% құрайды. Уланудың негізгі көмегі – таза ауамен жасанды тыныс алу.

Көміртек тотығының көздеріне жарылыс жұмыстары, іштен жанатын қозғалтқыштар, шахталық өрттер, метан мен көмір шаңының жарылыстары жатады.

Азот оксидтері (NO)- қоңыр түсті және өзіне тән өткір иісі бар. Өте улы, тыныс алу жолдары мен көздің шырышты қабығын тітіркендіреді, өкпе ісінеді. Қысқа мерзімді ингаляция үшін өлімге әкелетін концентрация 0,025% құрайды. Шахта ауасындағы азот оксидтерінің шекті мөлшері 0,00025%-дан аспауы керек (диоксид бойынша – NO 2). Азот диоксиді үшін – 0,0001%.

Күкірт диоксиді (SO 2)– түссіз, күшті тітіркендіргіш иісі мен қышқыл дәмі бар. Ауадан 2,3 есе ауыр. Өте улы: тыныс алу жолдарының және көздің шырышты қабығын тітіркендіреді, бронхтың қабынуын, кеңірдектің және кеңірдектің ісінуін тудырады.

Күкірт диоксиді жару кезінде (күкіртті жыныстарда), өрт кезінде түзіліп, тау жыныстарынан бөлініп шығады.

Шахталық ауаның максималды мөлшері 0,00038% құрайды. 0,05% концентрациясы өмірге қауіп төндіреді.

Күкіртсутек (H 2 S)- тәтті дәмі және шіріген жұмыртқаның иісі бар түссіз газ. Меншікті ауырлық – 1,19. Күкіртсутек 6% концентрацияда жанып, жарылады. Өте улы, тыныс алу жолдарының және көздің шырышты қабығын тітіркендіреді. Өлімге әкелетін концентрация – 0,1%. Улану кезіндегі алғашқы көмек – жаңа ағынмен жасанды тыныс алу, хлорды ингаляциялау (ағартқышқа малынған орамалды пайдалану).

Күкіртсутек тау жыныстары мен минералды бұлақтардан бөлінеді. Ол органикалық заттардың ыдырауы, шахталық өрттер және жарылыс жұмыстары кезінде пайда болады.

Күкіртсутек суда жақсы ериді. Адамдарды тасталған жұмыстар арқылы көшіру кезінде мұны ескеру қажет.

Шахта ауасындағы H 2 S рұқсат етілген мөлшері 0,00071% аспауы керек.

Дәріс 2

Метан және оның қасиеттері

Метан - оттың негізгі, ең көп таралған бөлігі. Әдебиеттерде және тәжірибеде метан көбінесе отты газбен анықталады. Шахталық желдетуде бұл газ жарылғыш қасиеттеріне байланысты ең көп көңіл бөледі.

Метанның физика-химиялық қасиеттері.

Метан (CH 4)– түсі, дәмі және иісі жоқ газ. Тығыздығы – 0,0057. Метан инертті, бірақ оттегін ығыстырушы (ығысу келесі пропорцияда жүреді: 5 бірлік көлемдегі метан 1 бірлік көлемдегі оттегінің орнын басады, яғни 5:1), ол адамдарға қауіп төндіруі мүмкін. Ол 650-750 0 С температурада тұтанады.Метан ауамен жанғыш және жарылғыш қоспалар түзеді. Ауада 5-6%-ға дейін болғанда жылу көзінде жанады, 5-6%-дан 14-16%-ға дейін жарылады, 14-16%-дан жоғары болса жарылмайды. Ең үлкен жарылыс күші 9,5% концентрацияда болады.

Метанның қасиеттерінің бірі - тұтану көзімен жанасқаннан кейін жарқылдың кешігуі. Жарқылдың кешігу уақыты шақырылады индуктивтікезең. Бұл кезеңнің болуы қауіпсіз жарылғыш заттарды (ТҚ) қолданумен жарылыс жұмыстарын жүргізу кезінде ошақтардың алдын алуға жағдай жасайды.

Жарылыс орнындағы газ қысымы жарылыс алдындағы газ-ауа қоспасының бастапқы қысымынан шамамен 9 есе жоғары. Бұл 30-ға дейін қысымды тудыруы мүмкін сағЖоғарыда. Өңдеу орындарындағы әртүрлі кедергілер (таралулар, шығыңқы жерлер және т.б.) шахта қазбаларында қысымның жоғарылауына және жарылыс толқынының таралу жылдамдығының артуына ықпал етеді.