H2S को हटाना

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सबसे पहले, कुछ सवालों का जवाब जानना आवश्यक है: 1. धुएँ में H2S की मात्रा कितनी है? क्या कोई अन्य अम्लीय माध्यम भी है? H2S की मात्रा कितनी है? 2. एग्जॉस्ट गैसों का प्रवाह कितना है? 3. अंतरालयुक्त संचालन, या निरंतर संचालन?

इस पोस्ट को अंतिम बार yjqin1 द्वारा 2015-9-10 10:50 पर संपादित किया गया। धुआँ? धुआँ, शाब्दिक अर्थ में, दहन के बाद उत्पन्न होने वाला अपशिष्ट गैस है; इसमें CO2, SO2, NO जैसी गैसें होती हैं। यदि H2S को हाइड्रोजन, ऑक्सीजन एवं सोडियम ऑक्साइड का उपयोग करके अवशोषित किया जाए, तो यदि “धुएँ” में CO2 न हो, तो pH को 10 से ऊपर रखना ही पर्याप्त है। ऐसा इसलिए है, क्योंकि H2S एक कमजोर अम्ल है; इसके विघटन संबंधी स्थिरांक pKa1 = 7.2 एवं pKa2 = 13.0 हैं। अर्थात्, जब सोडियम हाइड्रॉक्साइड वाले घोल का pH 7.2 होता है, तो उस घोल में मौजूद H2S का आधा भाग HS- रूप में, एवं आधा भाग H2S के मुक्त रूप में ही मौजूद होता है। S2- रूप में मौजूद H2S लगभग नहीं होता। यदि अवशोषक तरल का pH = 9.2 है, तो उसमें 98% H2S, HS- रूप में मौजूद होता है; 1% H2S स्वतंत्र अवस्था में होता है, जबकि S2- रूप में मौजूद H2S की मात्रा केवल 0.01% होती है। यदि अवशोषक तरल का pH = 10.2 है, तो इसमें 99.8% H2S, HS- रूप में मौजूद होता है; 0.1% H2S, मुक्त अवस्था में ही मौजूद होता है। जबकि S2- रूप में मौजूद H2S की मात्रा भी 0.1% ही होती है। यदि अवशोषक तरल का pH = 11.2 है, तो इसमें 98.9% H2S, HS- रूप में मौजूद होता है; 0.01% H2S स्वतंत्र अवस्था में होता है, जबकि 1% H2S, S2- रूप में मौजूद होता है। यदि अवशोषक तरल का pH = 12.2 है, तो इसमें 90% H2S, HS- रूप में मौजूद होता है; 0.001% H2S, मुक्त अवस्था में ही मौजूद होता है; जबकि 10% H2S, S2- रूप में मौजूद होता है। लेकिन, सामान्य वायुमंडल में हाइड्रोजन सल्फाइड की सांद्रता काफी कम होती है; इसलिए हाइड्रोक्साइड सोडियम वाले घोलों को चक्रीय रूप से ही उपयोग में लाया जाता है। हाइड्रोजन सल्फाइड को पूरी तरह हटाने हेतु, हाइड्रोक्साइड सोडियम की शुरुआती सांद्रता अधिक होनी आवश्यक है, एवं अंतिम स्थिति में pH मान 11, या उससे भी अधिक होना आवश्यक है। आप गणना करके ही जान सकते हैं कि इसमें ज्यादा पैसे खर्च नहीं होंगे। इसके अलावा, सोडियम सल्फाइड का जलीय घोल एक उप-उत्पाद के रूप में प्राप्त होता है; सोडियम सल्फाइड तेज़ी से जल-अपघटन करता है, इसलिए इसका pH मान आम तौर पर 13 से अधिक होता है। आमतौर पर, अवशोषण उपकरणों का उपयोग केवल चक्रीय मोड में ही किया जा सकता है; इसके कारण बिजली एवं रसायनों की लागत काफी अधिक हो जाती है। यदि केवल पर्यावरणीय कारणों को ध्यान में रखा जाए, तो आप मेम्ब्रेन अब्सॉर्बर का उपयोग करने पर विचार कर सकते हैं। मेम्ब्रेन अवशोषण प्रक्रिया के दौरान, अवशोषण तरल एवं धुएँ की गैसें एक-दूसरे से अलग रहती हैं; इसलिए गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव को ध्यान में लेने की आवश्यकता नहीं होती। क्षारीय अवशोषण तरल तो लगभग स्थिर ही रहता है… **इससे बिजली की बचत होती है.** ； दूसरी ओर, यह सुनिश्चित किया जा सकता है कि धुएँ एवं अवशोषक पदार्थों का आदान-प्रदान पूरी तरह विपरीत दिशा में हो। इससे प्रक्रिया में आवश्यक ऊर्जा कम हो जाती है, एवं हाइड्रोजन सल्फाइड को हटाने की दक्षता अधिक हो जाती है। ऐसी स्थिति में केवल हाइड्रोजन सल्फाइड एवं सोडियम हाइड्रोसल्फाइड (NaHS) ही प्राप्त होता है; इससे लगभग आधी मात्रा में ही रसायनों की आवश्यकता रह जाती है। यदि आप मेम्ब्रेन अवशोषकों के बारे में जानना चाहते हैं, तो कृपया हमसे संपर्क करें। हमारी कंपनी बड़ी मात्रा में मेम्ब्रेन अवशोषक/मेम्ब्रेन कॉन्टैक्टर उत्पन्न करती है।

1: इसके अलावा, SO2 की मात्रा 50 पीपीएम है, H2S की मात्रा 100 पीपीएम है। धुएँ में 10% H2O, 15% CO2, 4.2% O2 है; शेष भाग नाइट्रोजन है। 2: धुएँ का प्रवाह दर – 5 लाख N3मी/घंटा।
3: निरंतर संचालन।

धुएँ में CO2 की मात्रा काफी अधिक होती है; इसलिए PH मान भी 7 से अधिक ही होगा, है ना? जैसा कि आपने कहा, डीसल्फराइजेशन तरल पदार्थ लगातार चक्र में रहता है। मेरे विचार से, पहले NAOH, CO2 के साथ अभिक्रिया करके NA2CO3 एवं NaHCO3 बनाता है; इन दोनों पदार्थों की फिर H2S के साथ अभिक्रिया होती है।

CO2 की अम्लता, H2S की तुलना में अधिक होती है। CO2 का प्रथम विघटन स्थिरांक pKa1 = 6.2 है, जबकि H2S का प्रथम विघटन स्थिरांक pKa1 = 7.0 है (यह 7.0 ही होना चाहिए, 7.2 नहीं)। इसलिए, सामान्य उपकरणों का उपयोग करके CO2 से भरे धुएँ में मौजूद H2S को हटाने पर, बड़ी मात्रा में सोडियम हाइड्रॉक्साइड बर्बाद हो जाता है। यदि H2S को विशेष रूप से हटाना है, तो आवश्यक उपकरणों में ऐसी क्षमता होनी चाहिए कि वे लाखों लोगों में से भी दुश्मन के सेनापति का सिर आसानी से ही काट सकें। इस स्थिति में आवश्यक ज्ञान यह है कि CO2 एवं सोडियम हाइड्रॉक्साइड की अभिक्रिया, अभिक्रिया-गतिकीय बाधाओं द्वारा नियंत्रित होती है; जबकि H2S एवं सोडियम हाइड्रॉक्साइड की अभिक्रिया ऐसी बाधाओं से प्रभावित नहीं होती। दोनों अभिक्रियाओं के अभिक्रिया-स्थिरांकों में 460 गुना का अंतर है। किस उपकरण का उपयोग किया जाए, इस बारे में हम धीरे-धीरे बात कर कृपया बताइए कि मानकों के अनुरूप होने वाली धुएँ में SO2 एवं H2S की सांद्रता कितनी होनी चाहिए?

यदि अवशोषक तरल का pH 7-9 हो, तो अभिक्रिया की गति के दृष्टिकोण से NaHS बनने की संभावना है। लेकिन जब अवशोषक तरल में मौजूद NaHS, CO2 युक्त गैस के संपर्क में आता है, तो NaHS + CO2 + H2O → H2S + NaHCO3 ऐसी अभिक्रिया होती है। ऐसा इसलिए होता है, क्योंकि H2S की अम्लता CO2 की तुलना में कम होती है। और यदि अवशोषक तरल का pH बहुत अधिक हो, तो CO2 एवं H2S दोनों ही अवशोषित हो जाते हैं; ऐसी स्थिति आर्थिक रूप से उचित नहीं है। इसलिए, ऐसे अवशोषकों की डिज़ाइन संरचना काफी छोटी होती है; लंबे समय तक ऐसे रहने पर, याद नहीं रह पाता कि पेटेंट में क्या बताया गया है।

आइए, हम सबसे सरल स्थिति से शुरुआत करते हैं। यदि धुएँ में केवल सीमित मात्रा में हाइड्रोजन सल्फाइड हो, एवं कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा बहुत अधिक हो; लेकिन सल्फर डाइऑक्साइड न हो। हाल ही में हमने ऐसा ही एक पेटेंट आवेदन किया है: सूक्ष्म-छिद्रों वाली जल-विरोधी खोखली तंतु-झिल्लियों का उपयोग करके एक विशेष प्रकार का झिल्ली-घटक बनाना। ऐसे मेम्ब्रेन घटकों में एक साथ दो सेट मेम्ब्रेन तंतु होते हैं (ठीक वैसे ही, जैसे कि हीट एक्सचेंजरों में तांबे की एवं स्टेनलेस स्टील की नलियाँ होती हैं)। आमतौर पर, ट्यूब-शेल प्रकार के हीट एक्सचेंजरों में ट्यूब चैनल में दो निकास द्वार होते हैं, जबकि शेल चैनल में भी ； ऐसे हीट एक्सचेंजर में दो “शेल प्रोसेस” निकास बिंदु होते हैं, एवं चार “ट्यूब प्रोसेस” निकास बिंदु होते हैं; अर्थात् तांबे की नलियों से दो निकास बिंदु, एवं स्टेनलेस स्टील की नलियों से दो निकास बिंदु होते हैं। यह तो हीट एक्सचेंजर के दोनों सिरों की स्थिति है; लेकिन यदि हीट एक्सचेंजर का अनुप्रस्थ विभाजन देखा जाए, तो वहाँ तांबे की नलियाँ एवं स्टेनलेस स्टील की नलियाँ आपस में व्यवस्थित रूप से व्यवस्थित होती हैं। ऐसे ऊष्मा-आदान हीट एक्सचेंजरों के उपयोग के दौरान, उदाहरण के लिए, गर्म तरल पदार्थ तांबे की नलियों से होकर बहता है, जबकि ठंडा तरल पदार्थ स्टेनलेस स्टील की नलियों से होकर बहता है। कारखानों में ऐसे ही ऊष्मा-आदान हेतु उपकरणों का उपयोग किया जाता है। अब, उस होलोफाइबर मेम्ब्रेन घटक की ओर वापस चलते हैं, जिसमें दो सेट मेम्ब्रेन तंतु हैं। शेल प्रक्रिया में पहले सोडियम कार्बोनेट घोल से भर दिया जाता है; इसके बाद कच्ची गैस एक सेट मेम्ब्रेन तंतुओं से होकर गुजरती है, जबकि दूसरे सेट मेम्ब्रेन तंतुओं से होकर हाइड्रोक्साइड सोडियम युक्त अवशोषक घोल गुजरता है। ऐसी परिस्थितियों में, हाइड्रोजन सल्फाइड, गैस से नैनो-छिद्रों वाली जल-विरोधी झिल्ली की दीवारों में प्रवेश कर जाता है। इसके बाद, झिल्ली की बाहरी सतह पर यह हाइड्रोजन सल्फाइड, कोशिका-मार्ग में मौजूद सोडियम कार्बोनेट के साथ अभिक्रिया करके सोडियम हाइड्रोजन सल्फाइड बनाता है:
Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3
सोडियम हाइड्रोजन सल्फाइड, पास ही स्थित दूसरी झिल्ली की बाहरी सतह तक पहुँच जाता है, जहाँ ऊपर बताई गई अभिक्रिया का विपरीत अभिक्रिया होता है:
NaHS + NaHCO3 = Na2CO3 + H2S
इसके बाद, हाइड्रोजन सल्फाइड, दूसरी झिल्ली के नैनो-छिद्रों से होते हुए उस झिल्ली के अंदर जाता है, जहाँ यह सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ अपरिवर्तनीय अभिक्रिया करता है:
H2S + NaOH = Na2S
इन अभिक्रियाओं एवं प्रसार प्रक्रियाओं में केवल प्रसार-प्रतिरोध ही होता है; कोई सतही-अभिक्रिया-प्रतिरोध नहीं होता। वास्तव में, मुख्य बाधा है हाइड्रोजन सल्फाइड एवं सोडियम हाइड्रॉक्साइड का सामान्य चैनलों में तरल अवस्था में फैलना। ऐसी परिस्थितियों में, कार्बन डाइऑक्साइड गैस से निकलकर सूक्ष्म छिद्रों वाली जल-विरोधी झिल्ली की दीवारों में प्रवेश कर जाता है। इसके बाद, झिल्ली की बाहरी सतह पर यह कार्बन डाइऑक्साइड सोडियम कार्बोनेट के सांद्रण करके सोडियम बाइकार्बोनेट बनाता है:
Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3
सोडियम बाइकार्बोनेट, पास ही स्थित दूसरी झिल्ली की बाहरी सतह तक पहुँच जाता है, जहाँ ऊपर बताए गए अभिक्रिया का विपरीत अभिक्रिया होता है:
2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O
इसके बाद, कार्बन डाइऑक्साइड दूसरी झिल्ली के सूक्ष्म छिद्रों से होकर उस झिल्ली के अंदर जाता है, जहाँ यह सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ अपरिवर्तनीय अभिक्रिया करता है:
CO2 + 2NaOH → H2O + Na2CO3
लेकिन, ऐसी अभिक्रियाओं एवं विसरण प्रक्रियाओं में कई बाधाएँ होती हैं। वास्तव में, सोडियम बाइकार्बोनेट के कारण होने वाले तरल-चरण में फैलने संबंधी प्रतिरोधों के अलावा, कार्बन डाइऑक्साइड एवं सोडियम कार्बोनेट के बीच होने वाली अंतःक्रियाओं के कारण भी प्रतिरोध उत्पन्न होता है; सोडियम बाइकार्बोनेट के सोडियम कार्बोनेट एवं कार्बन डाइऑक्साइड में विघटन होने की प्रक्रिया में भी प्रतिरोध उत्पन्न होता है; इसके अलावा, कार्बन डाइऑक्साइड एवं सोडियम हाइड्रॉक्साइड के बीच होने वाली अंतःक्रियाओं के कारण भी प्रतिरोध उत्पन्न होता है। ऐसी प्रक्रिया में, मेम्ब्रेन उपकरण के “केस चैनल” में मौजूद अवशोषक तरल को हिलाने की कोई आवश्यकता नहीं होती; बस “ट्यूब चैनल” में मौजूद सोडियम हाइड्रॉक्साइड युक्त अवशोषक तरल को धीरे-धीरे विपरीत दिशा में प्रवाहित करना ही पर्याप्त है। इस तरह, उच्च सांद्रता वाली कार्बन डाइऑक्साइड युक्त धुएँ से हाइड्रोजन सल्फाइड को चयनात्मक रूप से अलग किया जा सकता है। यही वह चीज है, जिसके बारे में मैं कह रहा हूँ – ऐसे उपकरणों का उपयोग किया जाना चाहिए, जिनकी मदद से लाखों सैनिकों में से भी सबसे बेहतरीन सैनिकों को आसानी से चुना जा सके।

लेकिन, इस धुएँ में सबसे बड़ी समस्या यह है कि इसमें SO2 भी मौजूद है, और उसकी मात्रा भी काफी अधिक है। निश्चित रूप से, SO2 सबसे पहले सोडियम कार्बोनेट के साथ ही अभिक्रिया करता है; यहाँ तक कि सोडियम बाइकार्बोनेट एवं सोडियम हाइड्रोजन सल्फाइड के साथ भी अभिक्रिया करके सोडियम सल्फाइट बनाता है। इसके बाद यह धीरे-धीरे ऑक्सीकृत होकर सोडियम सल्फेट बन जाता है। जब तक हाइड्रोजन सल्फाइड पूरी तरह से निकाला नहीं जाता, तब तक डाइऑक्साइड ऑफ सल्फर लगभग पूरी तरह से निकल चुका होता है।

दूसरे तरीके से सोचें तो, क्या ऑक्सीकारक युक्त अवशोषक द्रव का उपयोग किया जाना चाहिए? कार्बन डाइऑक्साइड में कोई ऑक्सीकरण क्षमता नहीं होती, जबकि सल्फर डाइऑक्साइड में अपचयन क्षमता होनी ही नहीं चाहिए। या फिर, क्या ठोस अवशोषकों का उपयोग किया जा सकता है? क्या इसकी आर्थिक दक्षता कम है?

दूसरे तरीके से सोचें तो, क्या ऑक्सीकारक युक्त अवशोषक द्रव का उपयोग किया जाना चाहिए? कार्बन डाइऑक्साइड में कोई ऑक्सीकरण क्षमता नहीं होती, जबकि सल्फर डाइऑक्साइड में अपचयन क्षमता होनी ही नहीं चाहिए। या फिर, क्या ठोस अवशोषकों का उपयोग किया जा सकता है? क्या इसकी आर्थिक दक्षता कम है?