مدل‌سازی حذف سولفید هیدروژن توسط کاتالیست محلول کیلات آهن در برج جذب تماس آشفته

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

چکیده

در این تحقیق مطالعات تجربی و مدل‌سازی ریاضی برج جذب تماس آشفته(TCA) در فرایند سولفورزدایی از جریان‌های گازی حاوی سولفید هیدروژن توسط محلول کیلات آهن مورد بررسی قرار گرفته است. سولفورزدایی از جریان گازی به واسطه واکنش یون سولفید هیدروژن با یون فریک است که به رسوب گوگرد می‌انجامد. برج جذب تماس آشفته مورد استفاده حاوی آکنه‌های کروی توخالی با دانسیته پایین و به قطرهای 20 و 25 میلیمتر بوده که در بین صفحات مشبکی در داخل برج محصور بودند و با دمیدن جریان گاز از پایین برج در بین صفحات مشبک به حرکت درمی‌آمدند. داده‌های تجربی در شرایط مختلف عملیاتی (دبی گاز lit/min 28-22، دبی محلول کیلات آهن lit/min 5/0-2/0، غلظت گاز سولفید هیدروژن ppm 4000-3000 و ارتفاع استاتیکی آکنه‌ها 13 و 23 سانتیمتری) به‌دست آمد و در نهایت یک مدل ریاضی به منظور پیش‌بینی عملکرد برج جذب مورد نظر تهیه شد. بدین منظور با توجه به موازنه جرم اجزاء در فازهای گاز و مایع، دستگاه معادلات دیفرانسیل حاصل، با استفاده از روش‌های عددی حل شد. صحت مدل با مقایسه نتایج پیش‌بینی شده توسط مدل با داده‌های تجربی مورد آزمون قرار گرفت که حاکی از تطابق قابل قبول نتایج مدل‌سازی با داده‌های تجربی است. همچنین تأثیر دبی مایع (محلول کاتالیست)، ارتفاع استاتیکی و قطر آکنه‌ها بر میزان بازدهی جذب، با استفاده از مدل تهیه شده مورد بررسی قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling of H2S Absorption by Iron Chelate Aqueous Solution in a Turbulent Contact Absorber

چکیده [English]

In this article, desulphurization from the gas streams containing hydrogen sulfide by aqueous iron chelate solutions in a turbulent contact absorber is mathematically and experimentally investigated. The desulphurization is accomplished by a precipitation reaction that occurs when sulfide and ferric ions are brought into contact with each other. Absorption experiments (Mobile Bed Absorber) contained low density hollow plastic balls as packing, which were entangled between two perforated plates. The experiments were conducted in different operating conditions (Gas flow rate: 22-28 lit/min, Iron Chelate flow rate: 0.2-0.5 lit/min, Hydrogen Sulfide Concentration: 3000-4000 ppm and Static Packing Height: 13 and 23 cm). A mathematical model was used to predict the removal efficiency of H2S absorption into a ferric chelate solution in the Mobile bed absorber. From mass balances in the absorber, a set of ordinary differential equations, which relate the species concentrations in the gas and liquid phases, along the axial direction in the scrubber were formulated. These relationships were numerically solved to obtain the performance of the absorber. 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. The effects of the liquid (aqueous catalyst solution) flow rate, static height of the packing, and packing size on the absorption efficiency were also studied.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Turbulent Contact Absorber
  • Modeling
  • Sulfiran Process
  • Ferric Chelate Solution
  • Hydrogen Sulfide
منابع:

[1]. Bruce A.E.R., Sai P.S.T. & Krishnaiah K., “Liquid phase mixing in turbulent bed contactor”, Chem. Eng. Sci., Vol. 58, Issue 15, pp. 3453- 3463, 2003.

[2]. Douglas H.R., Snider I.W.A. & Tomlinson G.H., “The Turbulent contact absorber”, Chem. Eng. Prog., Vol. 59, No. 12, pp. 85-89, 1963.

[3]. Tichy J. & Douglas W.J.M., “Bed expansion in a mobile-bed contactor”, Can. J. Chem. Eng., Vol. 50, No. 6, pp. 702-706, 1972.

[4]. O’Neill B.K., Nicklin D.J. & Morgan N.J., “The Hydrodynamics of gas-liquid contacting in towers with fluidized packing”, Can. J. Chem. Eng., Vol. 50, No. 5, pp. 595- 601, 1972.

[5]. 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: 7,419,652 B2 ,2008.

[6]. McMichale W.J., Fan L.S. & Wen C.Y., “Analysis of sulfur dioxide wet limestone scrubbing data from pilot plant spray and TCA scrubbers”, Ind. Eng. Chem., Process Des. Dev., Vol. 15, No. 3, pp. 459- 467, 1976.

[7]. Nagl G.J., Multi-Bed mass transfer column with mobile packing, U.S. Patent: 5296205, 1994.

[8]. MERICHEM Presentation, http://www.gtp-merichem.com, 2008.

[9]. Gimenes M.L. & Handley D., “A Model for particle collection in a turbulent bed contactor”, Trans IChemE, Vol. 76(A), pp. 855-863, 1998.

[10]. Uchida S., Chang C.S. & Wen C.Y., “Mechanics of a turbulent contact absorber”, Can. J. Chem. Eng., Vol. 55, Issue 4, pp. 392-396, 2009.

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

[12]. Kito M., Tabei K. & Murata K., “Gas and liquid holdups in mobile beds under the countercurrent flow of air and liquid”, Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., Vol. 17, No. 4, pp. 568-571, 1978.

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

[14]. Wubs H.J., & Beenackers A.A.C.M., “Kinetics of H2S absorption into aqueous ferric solutions of EDTA and HEDTA”, AIChE J., Vol. 40, No. 3, pp. 433-444, 1994.