1 С.В.Коробцев Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» Институт водородной энергетики и плазменных технологий , Москва, Россия «Плазменно-мембранная технология переработки сероводорода в водород и серу»

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 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЦЕНА 1 M 3 H 2 И 1.4 кГ СЕРЫ 1кВт*час H 2 S H 2 + S sol ПЛАЗМО ТРОН H2SH2S сероочистка СЕРА Блок выделения H 2 H2H2 H 2 Recycle MW Очищенная нефть нефть H 2 S Recycle НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА РЕЦИКЛ H2 СХЕМА ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ СЕРООЧИСТКИ НЕФТИ КОНЦЕПЦИЯ МИКРОВОЛНОВОЙ ПЛАЗМЕННЫЙ РЕАКТОР ДИССОЦИАЦИЯ СЕРОВОДОРОДА В ПЛАЗМЕ:

4 СВЧ РАЗРЯД ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЦЕНА РАЗЛОЖЕНИЯ H2S 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 НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА НАУЧНЫЙ ЗАДЕЛ ВЧ РАЗРЯД 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 HDS Нефть Очищенная нефть H2H2 БР «кислый» газ H2H2 Установка Клауса Воздух (O 2 ) Сера Tail gas SCOT unit H 2 S rich gas Отходящие газы Incenerator stack ВоздухТопливо БР «кислый» газ : H 2 S, CO 2, H 2 O Tail gas: H 2 S, COS, CS 2, CO 2 Refinery fuel gas Refinery fuel gas: H 2, CH 4, C 2 -C 5 БР – блок разделения (аминовый) ТРАДИЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УПРОЩЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА БЛОКА СЕРООЧИСТКИ в НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ HDS – реактор гидрообессеривания

6 Sweet Refinery cut H2H2 Блок Разделения (аминовый) H2H2 Плазменный реактор H 2 +H 2 S HDS реактор H2SH2S Блок разделения S «кислый» газ Refinery cut Электроэнергия Сера УПРОЩЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА БЛОКА СЕРООЧИСТКИ в НЕФТЕПЕРЕРАБОТКЕ с ПЛАЗМЕННЫМ РЕАКТОРОМ

7 ПРОЦЕСС ДИССОЦИАЦИИ СЕРОВОДОРОДА В ПЛАЗМЕ Мощность 100 кВт, производительность ~ 100 м 3 /ч Н 2 S 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; БЛОК СХЕМА УСТАНОВКИ Т-1 – паровой подогреватель; Р-1 – регулятор расхода, давления. Ф-1 – фильтр очистки от амина, капельной влаги и механических примесей (при необходимости) ПХР Водород + H 2 S П-1П-2 П-1 CК-1 ЭФ-1 CК-2 сера Ф-1 Н Кр Р-1 Т-1 Водород неочищенный Водород очищенный сера

8 ПЛАЗМОХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ СЕРОВОДОРОДА 1.Полное извлечение водорода для его повторного использования в цикле гидроочистки нефти от серы 2.Практически полный отказ от производства водорода для целей гидроочистки: снижение потребления природного газа и снижение выброса СО 2 3.Практически полное отсутствие экологически вредных выбросов SO 2, COS, CS 2 и др. 4.Высокая удельная производительность и низкая материалоемкость оборудования 5.Резкое снижение числа стадий и переделов по сравнению с методом Клауса 6.Плазменная технология выгодно отличается от технологии Клауса в отношении как капитальных, так и эксплуатационных затрат ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА

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

10 Микроволновой плазмотрон; Частота ГГц; Мощность 400 кВт; Процесс – разложение H 2 S; Производительность 400 м3/час НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА ПОЛНОСТЬЮ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ПЛАЗМЕННЫЙ РЕАКТОР Было разработано оборудование для блока мощностью 5 MВт МАСШТАБИРОВАНИЕ И ОБОРУДОВАНИЕ

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

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

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

14 НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА 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 нм 3 /час 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- разряда с тиристорным источником питания

15 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !