Получение сернистого газа SO2

Обжиг пирита:

Обжигом – называется нагревание зернистого или кускового материала, в зависимости от среды различают:

- окислительный обжиг (в присутствий воздуха или кислорода)

- восстановительный – в среде Н2,СО, СН4

- хлорирующий - в среде Сl2

Пирит подвергают окислительному обжигу - нагреванию до высокой t=500-800˚С с перемешиванием при пропускании воздуха:

1 стадия: диссоциация пирита: FeS2→ FeS + S

2 стадия: горение серы: S+ О2 → SО2

3 стадия: горение сульфида FeS + О2 → Fe2О3 + SО2

Суммарное уравнение: 4 FeS₂+ 11О2 → 2 Fe2О3 + 8SО2 + 3420 кдж

Для обжига пирита применяют три типа аппаратов:

- механические полочные печи,

- печи пылевидного обжига,

- печи с взвешенным кипящим слоем.

 

1) механичнская полочная печь:

Например, такая печь работает на Воскресенском комбинате. Размеры печи: h= 6 см; d = 6 м, поверхность полок 140м², полок 8; t обж =650-850˚С.

Содержание пыли в газе 10-15г/м³; концентрация SO2 – 8-10%

Производительность печи 30-35 т колчедана в сутки, интенсивность 250 кг на м² по площади полок, 200 кг/м³ по объему печи.

S выгорает не полностью, S в Fe₂O₃ остается 2%.

Недостатки печи: сложное дорогостоящее оборудование, небольшая производительность, не полное выгорание серы.

2) Печь пылевого обжига:

колчедан измельчают до пылевого состояния и вместе с воздухом под давлением подают верхнюю часть печи. В результате сгорания образуются куски огарка, которые падают вниз.

Т.к. снизу подается воздух, дополнительно перемешивается огарок, что способствует более полному выгоранию S.

Трубы теплообменника, по которым проходит вода, поддерживает постоянную температуру, предохраняя от перегрева.

Температура обжига 1100⁰С, [SO₂]=10-13%, невыгоревшая S≈1%, производительность 150-200 т/сут, интенсивность 1000 кг/м³.

Недостатки печи: большая запыленность SO₂ огарком, 100 г пыли на 1м³ газа, большие затраты на измельчение, причем пылевидный колчедан требует тщательной сушки.

 

3) печь с взвешенным «кипящим слоем» колчедана.

 

Воздух «пробулькивает» через слой пирита, создает «кипение», избыточное тепло отводится теплообменником.

Температура обжига 800⁰С, [SO₂]=12-15%, невыгоревшая S≈0,5%, производительность 400 т/сут, интенсивность = 10000 кг/м².

Недостатки печи: большая запыленность SO₂, колчедан измельчают до частиц одинакового размера, энергетические затраты на подачу воздуха в печь под высоким давлением.

Огарок, состоит в основном из SO₂ c примесью FeS и СuS находят применение в производстве чугуна, в виде добавок при агломерации железной руды. Огарок добавляют при производстве цемента, служит для приготовления минеральных красок, например сурик железный, в качестве удобрений.

В настоящее время работают все 3 печи

 

Печь для сжигания чистой серы

 

Рис. Форсунка и часть печи для сжигания серы

1 - центральная труба для подачи воздуха; 5 - паровая рубашка;

2 - подача серы; 6 - подача дополнительного воздуха;

3, 4 - распылители для серы и воздуха; 7 - камера дожигания паров серы

 

Сера в расплавленном жидком состоянии подают на форсунку, где она

разбрызгивается и сгорает в печи.

Производительность 25-35 т/сут, SO₂ чистый, не требует очистки (самый экономичный способ).

Очистка обжигового газа

Обжиговый газ содержит значительное количество пыли, которая загрязняет получаемую H2SO4, отравляет катализатор, засоряет аппараты и может вызвать остановку всей системы. При обжиге колчедана одновременно с окислением сульфида Fe окисляются и другие примеси, при этом мышьяк и селен образуют газообразные оксиды As2O3 и SeO2, который переходят в обжиговый газ и становится каталитическими ядами для ванадиевых контактных масс.

Первичная очистка газа от пыли производится в циклонах аппаратах, где используется действие центробежной сил. Удаление наиболее легких частиц пыли производится электроочисткой в электрофильтрах, которая основана на способности поля постоянного электрического тока высокого напряжения (60—80 тыс. вольт) вызывать ионизацию газа в близи отрицательного электрода, где электроны, соединяясь с молекулами газов, превращают их в анионы, адсорбируется на пылинках, которые приобретая отрицательный заряд притягиваются и осаждаются на положительном электроде.

Специальная очистка обжигового газа включает охлаждение его до t=315ºС – ниже t плавление оксидов мышьяка и селена, осуществляется в башнях, орошаемых последовательно 50%- 70%-ной серной кислотой. После мокрого электрофильтров SO₂ осушается 97% H2SO4 в сушильной башне.

Новым прогрессивным методом очистки SO₂ является адсорбция примесей твердыми поглотителями, например, силикагелем или цеолитами.

 

Окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI)

Окисление сернистого газа в серный ангидрид протекает по уравнению:

2 SO2 + O₂= 2SO3 + 94,4 кДж

Охарактеризуем эту реакцию:

- обратимая

-экзотермическая

- тип: соединения

- каталитическая

- ОВР

- гомогенная по продуктам

- гетерогенный катализ

Суммарный результат всего процесса получения H2SO4 зависит от скорости этой реакции и состояния равновесия в ней.

Существует 2 способа окисления:

Сырье нитрозный способ: SO2 –NO2; N2O3→ SO3 → кислота 75-77%

контактный способ: SO2- V2O5→ SO3 → кислота 98% олеум