Вибір ефективного масообмінного апарата для десорбції сірководню із пластових і дренажних вод

Автор(и)

  • Андрій Богданович Гелеш Національний університет «Львівська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-3310-0940
  • Ярослав Андрійович Калимон Національний університет «Львівська політехніка» , Україна https://orcid.org/0000-0002-2990-7111

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.314049

Ключові слова:

сірководень, очищення води, масообмінні апарати, швидкість десорбції, барботування, диспергування розчину

Анотація

Промислові відхідні води часто забруднені сірководнем і сульфідами. Це створює значні ризики як для довкілля, так і для здоров'я та життя людей оскільки H2S є надзвичайно токсичним. Відтак очищення води від нього є життєво необхідним, а вибір ефективного апарата десорбера – питанням актуальним.

У роботі досліджено процес десорбції H2S з відхідних вод у масообмінних апаратах з суцільним барботажним шаром (АСБШ), колоні з провальними тарілками (КПТ) та горизонтальному апараті з ковшоподібними диспергаторами (ГАКД). Для аналізу кінетичних та технологічних характеристик процесу вибрано показники: добуток коефіцієнта масопередачі на поверхню контакту фаз (К·F), приведених до 1 м3 об'єму апарату, та ступінь десорбції сірководню.

Найповніше десорбція сірководню відбувається за рН ≤5. Для практичних потреб запропоновано підкислювати воду до pH = 5,5...6,0. Встановлено, що парціальний тиск Н2S із збільшенням температури прямолінійно зростає, а збільшенням солевмісту від 2...4 до 130...160 кг/м3 призводить до його зростання у 1,45...1,5 рази.

Найкращих показників десорбції можна досягнути в ГАКД за рН=4,97. На ефективність очищення в КПТ та  АСБШ відчутно впливає питомої витрати повітря. Найвищі значення (K·F) на 1 м3, яких вдалось досягти в десорберах становлять, моль/(с·Па·м3): ГАКД – 1,94·10-5, у КПТ – 5,55·10-6, АСШБ – 6,9·10-6. Відношення добутку (К·F) у ГАКД до КПТ становить 3,5, а у ГАКД до АСБШ 2,8. В АСБШ вдалось досягти максимального ступеня десорбції 37,8 %, в КПТ цей показник становить 74,1 %, а в ГАКД –77,7 %. Експериментальні дослідження загалом підтвердили ефективність використання ГАКД, а результати, одержані у виробничих умовах на реальних дренажних і пластових водах, знайдуть практичне застосування в технологіях утилізації сірководню

Біографії авторів

Андрій Богданович Гелеш, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра хімії і технології неорганічних речовин

Ярослав Андрійович Калимон, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра хімії і технології неорганічних речовин

Посилання

  1. Mokhatab, S., Poe, W. A., Mak, J. Y. (2019). Sulfur Recovery and Handling. Handbook of Natural Gas Transmission and Processing, 271–305. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-815817-3.00008-3
  2. Latha, A., Arivukarasi, M. C., Keerthana, C. M., Subashri, R., Vishnu Priya, V. (2018). Paper and Pulp Industry Manufacturing and Treatment Processes A Review. International Journal of Engineering Research And, V6 (02). https://doi.org/10.17577/ijertcon011
  3. Hydrogen Sulfide. Hazards. Occupational Safety and Health Administration. Available at: https://www.osha.gov/hydrogen-sulfide/hazards
  4. Simonton, D. S. (2014). Hydrogen Sulfide Exposure and Human-Health Risk in Mining-Impacted Regions. World Environmental and Water Resources Congress 2014, 1001–1009. https://doi.org/10.1061/9780784413548.100
  5. Pudi, A., Rezaei, M., Signorini, V., Andersson, M. P., Baschetti, M. G., Mansouri, S. S. (2022). Hydrogen sulfide capture and removal technologies: A comprehensive review of recent developments and emerging trends. Separation and Purification Technology, 298, 121448. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.121448
  6. Reverberi, A. P., Klemeš, J. J., Varbanov, P. S., Fabiano, B. (2016). A review on hydrogen production from hydrogen sulphide by chemical and photochemical methods. Journal of Cleaner Production, 136, 72–80. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.04.139
  7. Mulewa, W., Tahir, M. (2024). Perspectives in the Synergetic Photothermocatalysis of Hydrogen Sulfide Decomposition for Hydrogen Production: A Comprehensive Review. Energy & Fuels, 38 (17), 15972–15997. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.4c02471
  8. Yavorskyi, V., Helesh, A., Yavorskyi, I., Kalymon, Y. (2016). А theoretical analysis of chemisorption of sulfur (IV) oxide. Rationale for the choice of an efficient mass-exchange apparatus. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (79)), 32–40. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.60312
  9. Ntagia, E., Prévoteau, A., Rabaey, K. (2020). Electrochemical removal of sulfur pollution. Environmental Technologies to Treat Sulphur Pollution: Principles and Engineering, 247–276. https://doi.org/10.2166/9781789060966_0247
  10. Enache, A.-F., Dan, M. L., Vaszilcsin, N. (2018). Electrochemical Oxidation of Sulphite in Neutral Media on Platinum Anode. International Journal of Electrochemical Science, 13 (5), 4466–4478. https://doi.org/10.20964/2018.05.07
  11. Qi, R., Lin, T., Sheng, K., Lin, H. (2024). Insight into the effective electrocatalytic sulfide removal from aqueous solutions using surface oxidized stainless-steel anode and its desulfurization mechanism. Science of The Total Environment, 931, 172570. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172570
  12. Wei, J., Wu, X. (2024). The potential of coupled water electrolysis with electrochemical wastewater treatments. International Journal of Hydrogen Energy, 68, 745–754. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.308
  13. Wei, J., Wu, X. (2024). Electrochemical processes for simultaneous sulfur and energy recoveries from sulfide-containing wastewater. Separation and Purification Technology, 348, 127621. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.127621
  14. Wu, S., Zhang, L., Sun, B., Zou, H., Zeng, X., Luo, Y. et al. (2017). Mass-Transfer Performance for CO2 Absorption by 2-(2-Aminoethylamino)ethanol Solution in a Rotating Packed Bed. Energy & Fuels, 31 (12), 14053–14059. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b03002
  15. Yavorskiy, V., Helesh, A. (2015). Theoretical Analysis of Efficiency of Horizontal Apparatus with Bucket-like Dispersers in the Dust Trapping System. Chemistry & Chemical Technology, 9 (4), 471–478. https://doi.org/10.23939/chcht09.04.471
  16. Yavorskyi, V., Helesh, A., Yavorskyi, I. (2013). Principals for the Creation of Effective and Economically Sound Treating Processes of Industrial Emissions with Sulfur Oxide Low Content. Chemistry & Chemical Technology, 7 (2), 205–211. https://doi.org/10.23939/chcht07.02.205
  17. Yavorskiy, V., Helesh, A. (2016). Waste Gases Cleaning at the Production of Ferrum Oxide Pigment Using Horizontal Apparatus with Bucket-like Dispersers. Chemistry & Chemical Technology, 10 (2), 193–199. https://doi.org/10.23939/chcht10.02.193
  18. Helesh, A., Yavorskyi, V., Yavorskyi, I. (2016). Chemisorption of sulfur (IV) oxide using the horizontal apparatus with bucket-like dispersers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (80)), 46–52. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.63956
  19. Kalymon, Ya. A., Helesh, A. B., Slyuzar, A. V., Znak, Z. O. (2022). Theoretical studies of H2S, SO2 and O2 absorption in mass exchanged apparatus with a continuous bubbling layer and mechanical dispersion of an absorbent. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 3, 33–43. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2022-142-3-33-43
  20. Peng, C., Mao, S., Hu, J., He, L. (2019). A Helmholtz free energy equation of state for the vapor-liquid equilibrium and PVTx properties of the H2S H2O mixture and its application to the H2S H2O NaCl system. Applied Geochemistry, 101, 19–30. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2018.12.021
  21. Tari, F., Shekarriz, M., Zarrinpashne, S., Ruzbehani, A. (2018). Investigation on Solubility of Hydrogen Sulfide in Molten Sulfur Using Iodometric Back Titration Method. Journal of Gas Technology, 3 (1), 14–20. Available at: https://dorl.net/dor/20.1001.1.25885596.2018.3.1.2.8
Вибір ефективного масообмінного апарата для десорбції сірководню із пластових і дренажних вод

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-10-30

Як цитувати

Гелеш, А. Б., & Калимон, Я. А. (2024). Вибір ефективного масообмінного апарата для десорбції сірководню із пластових і дренажних вод. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(6 (131), 45–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.314049

Номер

Том 5 № 6 (131) (2024): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Andriy Helesh, Yaroslav Kalymon

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.