O`zbеkiston rеspublikаsi oliy vа o`rtа mаxsus tа`lim vаzirligi islom karimov nomidagi toshkent davlat texnika universiteti

Олтингугурт ишлаб чиқариш. Водород сульфидни элемент олтингугуртга айлантириш механизми

Газни қайта ишлаш заводларининг асосий блокларидан бири бўлиб нордон газдан олтингугуртни ажратиб олиш қурилмаси ҳисобланади. Бу қурилмага хом ашё сифатида водород сульфид сақловчи газлардан ажратиб олинган нордон газ ишлатилади.

Элемент олтингугуртни нордон газлардан ажратиб олиш водород сульфидни оксидлашга асосланган. Кислород манбаи сифатида ҳаво хизмат қилади.
Ҳозирги вақтгача водород сульфидни элемент олтингугуртга айлантириш механизми охиригача ўрганилмаган. Водород сульфидни олтингугуртга икки босқичда оксидлаб айлантириш мақул деб топилган. Биринчи босқичда нордон газ ҳаво билан аралаштирилади, бунда водород сульфидни бир қисми оксидланиб SO₂ ҳосил бўлади.
H ₂S + 1,5O₂ H₂O + SO₂ + Q (1)
Иккинчи босқичда олтингугурт икки оксиди элемент олтингугуртгача оксидланади.
(2)

Бу ерда: n – молекуладаги олтингугурт атомларини сони

n = 2+8
Q – реакция иссиқлиги.
Бу жараёнда бир вақтнинг ўзида водород сульфидни олтингугуртга тўғри оксидланиш реакцияси ҳам боради.
H ₂S + 0,5O₂ S + H₂O + 157000 кДж (3)
Бу реакцияларнинг тавсифи техник адабиётларда шу реакциялар механизмини киритган олим Клаус номи билан номланади.
Клаус реакциясида ҳосил бўлган иссиқлик саноат қурилмаларида рекуперация қилиниб пар олишда фойдаланилади.
Кислородни H₂S билан ўзаро таъсири вақтида (1) ва (3) реакциялар билан бир вақтда қуйидаги реакциялар ҳам боради.
CO₂ + H₂S  COS + H₂S (4)


CH₄ + S₂  CS₂ + 2H₂ (5)


2 CO₂ + H₂S CO + H₂O + COS (6)


C O + H₂O H₂ + CO₂ (7)
1 ва 3 реакциялар ёрдамида олтингугурт олиш қурилмаларини техник адабиётларда Клаус қурилмалари дейилади. Умумий ҳолда Клаус қурилмаларида термик ва каталитик босқичлар мавжуд.
Термик босқичларда водород сульфид ҳаво кислороди ёрдамида ёқилади жараёнда асосан олтингугурт икки оксиди ва олтингугурт ҳосил бўлади. Ёнганда ҳосил бўладиган ҳарорат H₂S ни нордон газ таркибидаги концентрациясига боғлиқ бўлиб 900-1200⁰С ташкил қилади.
Бу ҳарорат ҳаво нордон газ нисбатига ҳам боғлиқ бўлиб, қоида бўйича 1,71,9 даражасида ушлаб турилади. H₂S олтингугуртгача конверсияланиш даражаси термик босқичда иложи борича юқори бўлиши керак, яъни термодинамик даражага яқин бўлиши керак.
Термик босқич қурилмасида умумий параметрлар ўзгармаган ҳолда конверсия даражасини пасайиши каталитик босқичга юкламани ортиб кетишига сабаб бўлади.
Термик босқични самарали ишлашига сабабчи бўлган омиллардан бири унда газни бўлиш вақтидир (_S). Газни реактор – генераторда бўлиш вақтини водородсульфидни олтингугуртга конверсияланиш даражаси П.А.Теснер томонидан мукаммал ўрганилган. Жараён саноат реакторида (диаметри 3,5, узунлиги 7,2 м) тадқиқот қилинган. Қайта ишланадиган газ қуйидаги моль % эга бўлган.
Н₂S – 52,54, СН₄-0,20,5, Н₂О –2,5; СО₂ – қолгани.
Ўтказилган тажрибаларда ҳаво: газ нисбати , 0,931,2 ни ташкил қилган. Реактор 0,16 МПа ва 1050⁰С ҳароратда ишлаган.
Олиб борилган тажриба натижалари 8-расмда келтирилган. Олинган натижалар шуни кўрсатадики, газни термик босқичда ўтиш вақтини 0,8 с. дан 1,1 с. гача узайиши конверсия даражасини 33 дан 48 % гача оширади. Бу жараён учун ҳаво; газ нисбатини оптимал қиймати 1,31 га тенг бўлди.

Водород сульфидни олтингугуртга конверсияланиш даражаси реактордаги ҳароратга ҳам боғлиқ; ҳарорат қанча юқори бўлса Н2S ни конверсияланиш даражаси шунча юқори бўлади. 8.7-Расм. Водород сульфидни конверсияланиш даражасини () газни термик зонада бўлиш вақтига () боғлиқлиги. Ҳаво: газ нисбати бўлганда: 1-1,35; 2-1,5; 3-1,31; 4-1,23; 5-1,08; 6-0,93

8.8-Расм. H2S ни реактор-печдаги конверсиясини ҳароратга боғлиқлиги. 1-назарий; 2-тадқиқот натижалари

8.9-расм. H2S ни конвертордаги конверсияланиш даражасини () ҳароратга боғлиқлиги

8.8-Расмда келтирилган натижалар буни тасдиқлайди. Н₂S ни олтингугуртга конверсияланиш даражаси термик босқичда 60-65% дан юқори эмас.

Водород сульфидни реакцияга кирмай қолган қисми конверторларда – Клаус қурилмаларининг каталитик босқичларида амалга оширилади.
Водород сульфидни конверсияланиш даражасига таъсир кўрсатувчи асосий параметр бу сарфланаётган ҳаво ва нордон газнинг термик печдан чиқаётгандаги нисбатидир. Конверторда Н₂S:SO₂ ҳажмий нисбати 2:1 бўлиши керак. Бу нисбатни у ёки бу томонга ўзгариши элемент олтингугуртни чиқишини пасайишига олиб келади.
Водород сульфидни элемент олтингугуртга конверсияланиш жараёнига яна қуйидагилар сабабчи бўлади: - ёқилганда ҳосил бўлган маҳсулотни юқори ҳароратда ушлаб туриш вақтини давомийлиги, каталитик босқичга кираётган газни ҳарорати, газни конвертордаги ҳажмий тезлиги.
Конверторда олтингугуртнинг чиқиш жараёнини ўртача ҳароратга боғлиқлигини тескариси кузатилади. 8.9-расмда келтирилган натижалар буни тасдиқлайди. Жараённи максимал ҳароратини катализаторни юзасига олтингугуртни конденсациясини бўлмаслигини ҳисобга олган ҳолда тайинланади.
Тажрибада конверторда ҳарорат олтингугурт парларини конденсирланиш нуқтасидан юқорироқ ушлаб турилади. Бунинг натижасида олтингугуртни чиқиши пасайса ҳам, лекин СS₂, СОS водород сульфидга айланади, кейин Н₂S олтингугуртгача оксидланади.
(8)

(9)

(10)

(11)
Жараён олиб бориш параметрларини оптималлаштиришга қарамасдан Клаус қурилмасида тескари реакция ҳам кетади. Бунда олтингугуртни бир қисми водород сульфидга айланади. Бунга асосий сабаб системада сув парининг бўлишидир.

(12)

Сув парларини тўлиқ конденсирлаш ёки системадан чиқариш бошқа газларни парциал босимини системада пасайтиришга сабаб бўларди ва H₂S ни конверсиялаш даражаси кўтарилган бўлар эди. Лекин ҳароратнинг пасайиши (сув парларини конденсирлаш учун) олтингугуртни катализатор юзасида қотиб қолишига олиб келади ва кўп муаммолар келтириб чиқаради.

Клаус қурилмаларининг самарали ишлашига таъсир кўрсатадиган омиллардан бири, бу нордон газ таркибидаги углеводородлардир. Хом ашёда уларни концентрацияси ортиши билан H₂S ни конверсияланиш даражаси пасаяди, Клаус реакциясини олиб бориш учун керак бўлган ҳаво миқдори ортади. Бундан ташқари чиқинди газлар миқдори ортади ва уларни тозалашга кетадиган капитал сарф-харажати ортади.
Босим пасайиши ва ҳароратнинг кўтарилиши баъзи бир факторлар билан чегараланганлиги учун амалда жараённи жадаллаштириш мақсадида катализаторлар қўлланилади.
Катализаторлар сифатида боксидлар ишлатилади. Боксидларни таркибида асосан алюминий гидрооксиди, темир оксидлари, кремнезем (SiO₂), титан оксиди (TiO₂), калций, магний оксидлари ва бошқа бирикмалар.
Боксидларни катализатор сифатида кенг миқёсда ишлатилиши уларни арзонлигидир. Лекин уларнинг асосий камчиликлари – таркибини барқарор эмаслиги, юзасини ривожланмаганлиги ва Клаус қурилмасида активлигини пасайиб қолишлигидир. Вақт ўтиши билан боксидлар ўрнига янги заҳарланишга барқарор бўлган, масалан, алюминий оксиди ишлатила бошланди. Бу катализатор ривожланган макро – ғовакли бўлиб юқори реакция қобилиятига эга. Катализаторни таркибига уни самарадорлигини ошириш учун модификаторлар қўшилади.
Катализаторни фаоллиги вақт ўтиши билан пасаяди. Бунга сабаб катализаторнинг структурасини ўзгариши, уни юзаларига ҳар-хил аралашмаларни ўтириб қолиши, ҳамда алюминий оксидини сульфатланиб қолишидир. Шунинг учун ҳар 3-4 йилда катализатор тўлиқ алмаштирилади.