بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
حذف سولفید هیدروژن از جریانات گازي با استفاده از محلولهاي آبی سولفات آهن
چکیده
جذب واکنشی سولفید هیدروژن در محلولهاي آبی سولفات آهن ، در یـک راکتـور ناپیوسـته مـورد بررسـی قـرار گرفته است. دما بین 25 تا 65 درجه سانتیگراد تغییر میکند و غلظت محلول سولفات آهن بینKmol/m3۵٠٫٠٢ ت ا 0/8 تغییر می کند و PH محلول نیز بین 0/8 تا 2 متغییر است. میزان جذب H2S در غلظتهاي مختلف سولفات آهن و در غلظت مشخصی از H2S در فشار اتمسفریک اندازه گیري شده است. در این سیستم سـولفید هیـدروژن جـذب شده با یون آهن سه ظرفیتی واکنش داده و گوگرد عنصري تشکیل می شود. واکنش بین سولفات آهـن و سـولفید هیدروژن برگشت ناپذیر و از درجه اول است.
واژه هاي کلیدي:سولفید هیدروژن ، حذف گوگرد ، سولفات آهن
-1 مقدمه:
فرآیندهاي صنعتی زیادي جهت جداسازي H2S از جریانات گازي وجود دارند. در بسیاري از فرآیندها که در آنها از تماس دهنده هاي گاز- مایع استفاده می شود، H2S در یک محلول جذب می شود تا ترکیب گوگردي غیر قابل انحلالی ایجاد کند (مانند آلکانول آمین یا فرآیندهاي بر پایه هیدروکسید ) یا گوگرد عنصري به صورت رسوب تشکیل می شود]١.[ مشکلاتی به دلیل تخریب واکنش دهنده ها در این روشها وجود دارد.
شرکت Dowa Mining در ژاپن فرآیندي شیمیایی/بیولوژیکی براي جدا سازي H2S و بازیابی آن بـه صـورت گـوگرد عنـصري ارایه داده است. این فرآیند در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل .1 فرآیند شیمیایی بیولوژیکی براي حذف -1.H2Sجذب کننده. -2جدا کننده جامد-مایع. -3 بیوراکتور.
در این فرآیند محلولFe2(SO4)3 به عنوان جاذب استفاده شده است. H2S جذب شده و به گوگرد عنصري اکسید می شـود.
در همین زمان Fe3+ نیز بر اساس واکنش زیر بهFe2+ کاهش می یابد.
گوگرد عنصري بوسیله یک جدا کننده از محلول جدا می شود. Fe3+ بوسیله اکسیداسیون بیولوژیکی در یـک بیـو راکتـور کـه هوادهی می شود و در آن از تیو باسیلوس فروکسیدان استفاده می شود ، طبق واکنش زیر به Fe3+ احیا می شود:
همچنین واکنش کلی در این فرآیند به صورت زیر خواهد بود:
بسته به دبی گاز و بازده مورد نظر، می توان از جذب کننده هاي مختلفی مانند جت اسکرابرها، برجهاي کلاهکی و یا برجهاي پر شده استفاده کرد. جدا کننده هاي گوگرد با توجه به کیفیت گوگرد عنصري مورد نیاز ، می تواند شامل ظروف ماندگاري ، فیلتر پرسها و یا ذوب کننده گوگرد باشند.
گوگرد عنصري تشکیل شده می تواند به آسانی بازیابی شود زیرا داراي مشخصه آبگیري بسیار خوبی است. گوگرد می تواند با خلوص بالایی ( بالاتر از ( %99,98 با استفاده از ذوب کننده گوگرد ، در مقیاس صنعتی بدست آید . بیو راکتور می تواند هم بـه صورت بستر ثابت و هم به صورت بستر سیال استفاده شود]٢.[
در این فرآیند، بجز گوگرد فقط آب تولید می شود، در نتیجه نیازي به تجهیزات دفع پساب نداریم. وقتی واکنش در PH<2 ،بدون تشکیل رسوب انجام شود، نیازي به عوامل گران قیمت که مانع از رسوب کردن شوند، وجود ندارد. مزیت ممتاز این فرآیند این است که واکنش بین H2S و Fe2(SO4)3 بسیار سریع است و به صورت کامل انجام می شود و هیچ آلاینده سمی و خطرناکی در گاز ایجاد نمی شود]٣.[
بازده بالاتر از %99,99 براي جداسازي H2S ، براي خروجی واحدهاي صنعتی گزارش شده است]٢.[ روابط سینتیکی دقیقـی در مورد واکنش شیمیایی و فرآیند جذب H2S ، جهت طراحی دقیق فرآیند مورد نیاز هستند. در این مطالعه جـدب واکنـشی H2S در محلول Fe2(SO4)3 مورد بررسی قرار گرفته است.
-2 بخش تجربی
در این آزمایشات گاز H2S طبق واکنش زیر تولید می شود:
گاز H2S تولید شده به همراه جریانی از نیتروژن و با نسبتی مشخص ترکیب می شود و این ترکیب وارد ظرفی می شـود کـه به عنوان راکتور استفاده می شود.محلول سولفات آهن سه ظرفیتی داخل این ظرف قرار دارد و PH این محلـول را بـین 1,5 تـا 1,9 تنظیم می کنیم. آزمایش را بازاي غلظتهاي مختلف سولفات آهن و غلظتی مشخص از گاز H2S انجام می دهیم.
-3 تئوري
سرعت جذب ترکیب A از گاز در فاز مایع به صورت تابعی از غلظت در دو فاز به صورت زیر نشان داده شده اند:
همچنین
ما يأْو ثابت هنري ( He) به صورت زیر تعریف می شود:
با استفاده از تئوري رسوخ اصلاح شده ]۴[، معادله اي براي (Enhancement factor) EA براي واکنش درجـه اول بـه صـورت زیر نوشته می شود:
که Ha یک گروه بدون بعد است:
در نوشته ها و مقالات معمولا فرض شده است که در یک واکنش سریع شیمیایی غلظت A در بالک ، در اصل صفر است]۵.[
وقتیCA,b = 0 است ، EA به معادله زیر تبدیل می شود:
براي یک واکنش درجه دو اگر غلظت جزء B تغییر خاصی نداشـته باشـد ، واکـنش را مـی توانیم به صورت کاذب به عنوان واکنش درجه اول فرض کنیم به صورتی که . k r = k1,1 CBB ,b در آزمـایش مـا نیـز ایـن مـساله انجام شده است زیرا غلظت Fe3+ به سختی در طول آزمایش تغییر می کند.
-4 قابلیت انحلال گاز ،ضرایب انتقال جرم گاز
-1-4 حلالیت گاز
براي محاسبه حلالیت گازها در آب خالص به صورت تابعی از دما ، رابطه اي بوسیله Fogg و Gerard در سال 1991 پیشنهاد شده است]۶:[
که xA ،جزء مولی گاز حل شده در فاز مایع در فشار PA =1atm است.ضرایب A ،B ،C،D در جدول 1 آورده شده اند.
CA,i را می توان از رابطه زیر بدست آورد:
که در این رابطه CL غلظت کلی مایع است. در عمل CL خیلـی نزدیـک بـه غلظـت آب اسـت(.( CL=Cwater=55.56kmol/m3
ضریب هنري می تواند از رابطه زیر بدست آید:
فرض شده است که در این تحقیق ، ضریب هنري مـستقل از فـشار جزیـی اسـت. بـراي مخلـوط الکترولیـت Schumpe رابطـه تصحیح شده زیر را براي ثابت هنري پیشنهاد کرده است:
Weisenberg و Schumpe مدل Schumpe را در محدوده دماي 363-273 کلوین با فرض اینکه hG (ثابت ویژه گاز) تابعی خطی از دما باشد ،به صورت زیر بسط داده اند8]،:[7
مقادیر hi و hG,0 وhT براي یونهاي مختلف در جدول 2 آورده شده است.
