Численный анализ конверсии сероводорода в водород при его пиролизе и частичном окислении

На основе детальной кинетической модели окисления сероводорода проведен анализ получения водорода при пиролизе и частичном окислении $\mathrm{H}_2\mathrm{S}$. Показано, что при пиролизе $\mathrm{H}_2\mathrm{S}$ в адиабатическом проточном реакторе при времени пребывания $\approx1$ с реализуется весьма небольшой выход $\mathrm{H}_2$. Даже при начальной температуре смеси $T_0=1400$ K молярная доля $\mathrm{H}_2$ хотя и достигает равновесного значения в пределах реактора, но составляет лишь $12\%$. При $T_0<1200$ K химическое равновесие в проточном реакторе не успевает установиться и концентрация $\mathrm{H}_2$ меньше равновесной, а при $T_0<1000$ K пиролиз практически не идет. Небольшая добавка воздуха к $\mathrm{H}_2\mathrm{S}$ приводит к выделению энергии, повышению температуры и, как следствие, к ускорению конверсии $\mathrm{H}_2\mathrm{S}$. При этом относительный выход $\mathrm{H}_2$ может быть увеличен в несколько раз. Установлено, что для каждого значения $T_0$ существует оптимальное значение коэффициента избытка топлива $\phi$, обеспечивающее максимальный выход $\mathrm{H}_2$ в смеси $\mathrm{H}_2\mathrm{S}$-воздух. Процесс частичного окисления при больших значениях $\phi>\phi_b$ и низких $T_0$ существенно неравновесный, в результате чего концентрация $\mathrm{H}_2$ на выходе из реактора конечной длины может быть выше своего равновесного значения, например, при $T_0=800$ K и $\phi=6\div10$ на $30\div40\%$. Определены причины достижения “сверхравновесной” концентрации $\mathrm{H}_2$ на выходе из проточного реактора.