بررسی تجربی و مدل‌سازی برج جذب سولفید هیدروژن در فرایند سولفیران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

چکیده

در این تحقیق، مطالعات تجربی و مدل‌سازی ریاضی سولفورزدایی از جریان‌های گازی با استفاده از محلول آبی کیلات آهن به‌عنوان شستشو دهنده جریان گازی حاوی H2S مورد بررسی قرار گرفت. سولفورزدایی از جریان گازی به‌واسطه واکنش یون سولفید هیدروژن با یون فریک است که منجر به رسوب گوگرد می‌شود. برج جذب مورد استفاده حاوی آکنه‌های استاتیکی بوده و مطالعات تجربی در شرایط مختلف عملیاتی (دبی گاز lit/min 1/4 -2/2، دبی محلول کیلات آهن lit/min 0/2 -2/0، غلظت گاز H2S ppm 230-130 و ارتفاع پرکن m 3/0 -2/0) انجام پذیرفته است. همچنین یک مدل ریاضی دینامیک به‌منظور پیش‌بینی میزان بازدهی حذف سولفید هیدروژن توسط محلول آبی کیلات آهن در برج جذب ارائه شد. بدین منظور با توجه به موازنه جرم اجزاء در فازهای گاز ومایع، دستگاه معادلات دیفرانسیل جزئی به‌دست آمد که معادلات مورد نظر با استفاده از روش‌های عددی حل و در نتیجه پروفایل غلظت اجزاء در طول برج جذب تعیین شد. صحت مدل با مقایسه نتایج پیش بینی شده توسط مدل و با داده‌های تجربی مورد آزمون قرار گرفت که حاکی از تطابق قابل قبول نتایج مدل‌سازی با داده‌های تجربی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Study and Modeling of H2S Absorber in Sulfiran Process

چکیده [English]

In this paper the desulphurization of gas streams by using aqueous ferric chelate solutions as washing liquor is studied mathematically and experimentally. The desulphurization is accomplished by a precipitation reaction that occurs when sulfide and ferric ions are brought into contact with each other. The absorption experiments of H2S in aqueous ferric chelate solutions were carried out in a packed-bed scrubber. The experiments were conducted in different operating conditions (gas flow rate: 2.2-4.1 lit/min, ferric chelate flow rate: 0.2-2.0 lit/min, hydrogen sulfide concentration: 130-230 ppm and packing height: 0.3-0.3 m). A dynamic mathematical model was used to predict the removal efficiency of the packed-bed scrubber for H2S absorption into a ferric chelate solution. From mass balances in the scrubber, a set of partial differential equations, relating the species concentrations in the gas and liquid phases, along the axial direction in the scrubber were formulated. These relationships were numerically solved to give performance profiles. The validity of the model was examined by comparing the results of the model with our experimental data. The predicted results of the model are in good agreement with the experimental data obtained in different operating conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Packed bed Scrubber
  • Modeling
  • Sulfiran Process
  • Ferric Chelate Solution
  • Hydrogen Sulfide
منابع

[1] Kohl A. L., & Nielsen R. B., Gas Purification, 5th Ed., Gulf Publishing Company, 1997.

[2] Pandey R. A., & Malhotra S., “Desulfurization of gaseous fuels with recovery of elemental sulfur: an overview” , Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. Vol. 29, pp. 229-268, 1999.

[3] LO-CAT® H2S Removal Process, http://www.gtp-merichem.com, 2010.

[4] Khattaty M.R., Forsat Kh., Hashemi R., & Manafi Varkiani H., “Process for removing sulfur particles from an aqueous catalyst solution and removing hydrogen sulfide and recovering sulfur from a gas stream”, U.S. Patent: Vol 7, PP 419,652 B2 ,2008.

[5] Stichlmair J., Bravo L., & Fair J. R., “General model for prediction of pressure drop and capacity of countercurrent Gas/Liquid Packed columns”, Gas Sep. Purif., Vol. 3, No. 1, pp. 19-28, 1989.

[6] Piche S., Larachi F., & Grandjean B. P. A., “Improved liquid hold-up correlation for randomly packed towers”, Chem. Eng. Res. Des., Vol. 79, No. 1, pp. 71-80, 2001.

[7] Billet R., & Schultes M., “Modeling of pressure drop in packed columns”, Chem. Eng. Technol. Vol. 14, No. 2, pp. 89-95, 1991.

[8]. Kolev N., Packed Bed Column for Absorption, Desorption, Rectification and Direct Heat Transfer, First edition, Elsevier, 2006.

[9] Wang J., Han S., Wei F., Yu Z., & Y. Jin, “An Axial dispersion model for gas–liquid reactors based on the Penetration theory”, Chem. Eng. Proc., Vol. 36, pp. 291- 299, 1997.

[10] Danckwerts, P.V., “Continuous flow systems”, Chem. Eng. Sci., Vol. 2, pp. 1-13, 1953.

[11] Kudrna V., Jahoda M., Siyakatshana N., Cermakova J., & Machon V., “General solution of the dispersion model for a one-dimensional stirred flow system using danckwerts’ boundary conditions”, Chem. Eng. Sci., Vol. 59, pp. 3013-3020, 2004.

[12] Siyakatshana N., Kudrna V., & Machon V., “Incorporating danckwerts’ boundary conditions into the solution of the stochastic differential equation”, Chem. Eng. Sci., Vol. 60, pp. 1987-1994, 2005.

[13] Onda K., Sada E., & Takeuchi H., “Gas absorption with chemical reaction in packed bed”, J. Chem. Eng. of Japan, Vol. 1, pp. 56-62, 1968.

[14] Krishna R., “A Scale-up strategy for a commercial scale bubble column slurry reactor for fischer-tropsch synthesis”, Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP, Vol. 55, No. 4, pp. 359-393, 55, 359, 2000.

[15] Sater V. E., & Levenspiel O., “Two-Phase flow in packed beds: evaluation of axial dispersion and holdup by moment analysis”, Ind. Eng. Chem. Fund., Vol. 5, No. 1, pp. 86-92, 1966.

[16]. تریبال ر.ای.، انتقال جرم، ترجمه: سهرابی م.، کاغذچی ط.، ویرایش سوم، مترجمین، 1370.