Способ получения элементарной серы

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ из газа, содержащего сернистый ангидрид, путем восстановления последнего природным газом при 1100- 1300°С, отличающийся тем, что, с целью сокраш .ения расхода восстановителя и снижения выхода побочных продуктов, природный газ на восстановление подают в количестве , меньшем стехиометрического на четверть абсолютной разности между содержанием воды и удвоенным содержанием двуокиси углерода в исходных газах.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

С 01 В 17/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д BTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3628917/23-26 (22) 03.08.83 (46) 23.11.84. Бюл. № 43 (72) О, И. Платонов и А. П. Кончаков (71) Норильский ордена Ленина и ордена

Трудового Красного Знамени горно-металлургический комбинат им. А. П. Завенягина (53) 661.218 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 605385, кл. С 01 В 17/04, 1974.

2. «Цветные металлы», 1982, № 7, с. 23 — 24.

„„SU„„1125188 A (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ из газа, содержащего сернистый ангидрид, путем восста новления последнего природным газом при 1100—

1300 С, отличающийся тем, что, с целью сокращения расхода восстановителя и снижения выхода побочных продуктов, природный газ на восстановление подают в количестве, меньшем стехиометрического на четверть абсолютной разности между содержанием воды и удвоенным содержанием двуокиси углерода в исходных газах. теля, например природного газа, при

1100 — 1300 С, восстановитель подают в количестве, меньшем стехиометрического на четверть абсолютной разности между содержанием воды и удвоенным содержанием двуокиси углерода в исходных газах.

Согласно известному способу подачу восстановителя в процессе получения элементарной серы из кислородсодержащего сернистого газа при повышенной температуре осуществляют согласно стехиометрии целевых реакций: восстановления серы

280, + С̈́— 2Н,О+ СО, + 2Sзл и связывания молекулярного кислорода

20 + СН» — 2Н О + СО,, исходя из чего необходимое количество восстановителя в известном способе определяется в отношении 0,5 к суммарному содержанию двуокиси серы и молекулярного кислорода. Присутствие в реальном технологическом газе воды и двуокиси углерода увеличивает исходные соотношения элементов Н/О и С/О в газовой смеси и при подаче восстановителя в стехиометрическом отношении 0,5 к исходному суммарному содержанию молекулярного кислорода и двуокиси серы нарушаются оптимальные условия ведения процесса восстановления. Этот нежелательный эффект компенсируется в предлагаемом способе путем дополнительного определения в исходном сернистом газе содержания двуокиси углерода и. воды и подачей востановителя с учетом содержания в сернистом газе также этих компонентов.

При этом необходимый расход восстановителя определяют

f D.) so.1

Оптимальное количество восстановителя, определяемое по предлагаемому способу для переработки реальных сернистых газов, содержащих влагу Н О и двуокись углерода

СО,, существенно меньше стехиометрического.

Пример. В цилиндрический реактор из нержавеющей стали объемом 1150 смз, помещенный в силитовую печь и нагретый до

1250 С, подают 444 нл/ч исходного сернистого газа, содержащего, %: двуокиси серы 16,7; молекулярного кислорода

11,2; двуокиси углерода 2,1; водяного пара

11,2 (расход жидкой воды составлял

0,75 мл/мин) и об. азота 53. При этом суммарное содержание двуокиси серы и молекулярного кислорода составляет 27,9 об.%, а необходимое для получения серы по известному способу стехиометрическое количество метана составляет 62,2 нл/ч (14%).

Процесс получения элементарной серы из сернистого газа осуществляют путем подачи восстановителя при указанных условиях в течение 2 ч, причем в качестве вос1 125188

Изобретение относится к способам получения элементарной серы из сернистых газов и может применяться для переработки отходящих газов предприятий цветной металлургии, энергетических установок и других производств.

Известен способ получения элементарной серы из газов, содержащих сернистый ангидрид, путем взаимодействия их с углеводородами, например природным газом, на катализаторе или без него при 500—

1300 С с последующим охлаждением образующихся газообразных продуктов (1}.

При получении по этому способу серы из технологических сернистых газов, например из отходящего газа автогенной плавки, степень конверсии сернистого ангидрида в элементарную серу не превышает 55 отн.%, наблюдается значительный выход побочных продуктов: сероводорода 3 — 8 об.%, сероокиси углерода 0,2 — 3 об.%, сажи и т.д.

Наиболее близким к изобретению явля- 2о ется способ термической переработки сернистых газов метаном с получением элементарной серы, согласно которому определяют содержание в перерабатываемом газе двуокиси серы и молекулярного кислорода, а подачу восстановителя (метана) осуществляют при 1100 — 1300 С по стехиометрии к сумме двуокиси серы и кислорода, т.е. в количестве, вдвое меньшем суммы молей двуокиси серы и молекулярного кислорода в перерабатываемом газе. Использование этого способа обеспечивает при получении серы из модельного сернистого газа, содержащего молекулярного кислорода до 5%, двуокиси серы до 25%, остальное азот, относительный выход элементарной серы 60—

65% и присутствие в продуктах восстанов- З5 ления сероводорода, сероокиси углерода и двуокиси серы. Подачу восстановителя по этому способу осуществляют без учета содержания в сернистом газе влаги и двуокиси углерода, смещающих равновесие процесса в сторону образования побочных продуктов. При переработке, например, отходящих сернистых газов автогенной плавки, относительный выход элементарной серы не превышает 50 — 55%, а среди продуктов конверсии содержатся непрореагирова вшие двуокись серы, сероводород, сероуглерод, сероокись углерода, окись углерода и остатки восстановителя в виде молекулярного водорода и сажи, суммарное. содержание которых может превысить 15 — 20 об.%.

Получаемая газовая смесь черезвычайно агрессивна в коррозионном отношении (2).

Целью изобретения является сокращение расхода восстановителя и снижение выхода побочных продуктов.

Поставленная цель достигается тем, что у согласно способу получения элементарной серы из газа, содержащего сернистый ангидрид, включающему подачу восстанови25188

Таблица!

Количество исходного сернистого газа

Раскол восстановителя, нл/ч

62,2

55,5 отн. 7, 14,0

12,5

Состзн исходного газа

Лзота 53

Состав газа нз выходе из реактора, В:

Лэота

44,7

/(вуокнси серы 16,7

Двуокиси серы

2,0

2,3

Молекулярного кислорола 11,2

Сероволорода

3,3

2,9

Двуокиси углерода 2,1 Двуокиси углерода l2,8

10,8

ВоЛы 11,2 о6. 7. (0,75 ил/мин) Окиси углерода

0,5

0,2

Температура в реакторе 1250оС

Сероокиси углерода 0,7

Серы (двухатомной) 4,3

0,5

4,5

Воды

29,7

27,7

Сажи (в пересчете на атомарный углерод) 0,05

Общая степень конверсии, отн. 2 86

Выход элементарной серы, отн. 7.

61

ll

3 становителя используют природный газ с содержанием метана 98,8 об.О/0. Восстановитель подают в количестве, меньшем стехиометрического (140/О) . Необходимое количество восстановителя согласно предлагаемому способу меньше стехиометрического (140/0) на четверть абсолютной разности между содержанием воды (11,20/0) и удвоенным содержанием двуокиси углерода (2)с 2,10/0) И СОСтаВЛяЕт В даННОМ СЛуЧаЕ

40/о " / 12 30/о относительно количества исходного синтетического газа, содержащего сернистый ангидрид. Поэтому согласно предлагаемому способу в реактор подают метан 55,5 нл/ч (12,50/0) т.е. меньше, чем требуется согласно известному способу. (пример 1) на 100/О. Температуру газа внутри реактора контролируют термопарой, расход газов на входе в реактор задают с помощью реометров и ротаметров, контроль состава газа на входе в реактор и выходе осуществляют хроматографически (использовались хроматографы типа ЛХМ-8МД) .

Вода подается в жидком виде в смеситель, где испаряется и смешивается с газом, содержащим сернистый ангидрид; ее расход контролируется микробюреткой. Элемента рная сера, вода и углерод (в виде сажи) на выходе из реактора собирается в конденсаторе; их количество контролируют взвешиванием.

Основные показатели предлагаемого и известного способов (расход восстановителя, состав газовой смеси на выходе из реактора, а также выход элементарной серы и общая степень конверсии сернистого ангидрида), определяющиеся по данным весового и хроматографического анализа, приведены в табл. 1 — 3 применительно к переработке сернистых газов с различными исходными составами.

Как следует из представленных результатов лабораторных испытаний процесса поfO лучения элементарной серы метаном, дополнительное определение в сернистом газе содержания воды и двуокиси углерода и оптимизация подачи восстановителя согласно предлагаемому способу позволяет уменьшить его расход.

Технико-экономические . преимущества предлагаемого способа наглядно представлены в табл. 4, где его удельные показатели сравниваются с показателями известного способа.

Использование изобретения позволяет по сравнению с известным способом получить элементарную серу из сернистых газов при повышенной температуре, уменьшить относительный расход восстановителя на 2 — 250/О

25 понизить на 30 — 80 /0 выход побочных проо

t дуктов: сернистого ангидрида, (сероводорода и сероокиси углерода), что позволяет снизить выброс вредных веществ в атмосферу, а также исключить образование сажи и, как следствие, повысить качество получаемой серы.

1!25188

Таблица2

Режим 3 Режим 4

Технический показатель Известный Предлагаемый способ способ

Условия реализации процесса

Расход синтетического Расход восстановителя, сернистого газа нл/ч

720 нл/ч, 102

100 об. 7

14,3

13>9

Состав газа: 7.

1250!

250

Азота 16,2

14> 2

15,0

Молекулярного кисло- двуокиси серы рода 3,2

4,2

4,7

2,3

3,5 сероводорода

Двуокиси серы 25,1

16,7

22,1

Двуокиси углерода

13,5

2,2

2,0

0,5

0,5 сероокиси углерода го серы элементарноп (двукатоиной) реакторе

7,1

7,7

Температура в

1250 С

42,4

48,2 водяного пара

0,0 водорода

3,2

0,0

Выход элементарн,й серы, отн. 7

79

Таблица 3

Количество исходного Гасход восстановителя, сернистого газа ил/ч

950 нл/ч

86,0

92,7

9,9

9,0

Его состав, 7 двуокиси серы 18,3

54,2

55,9

Лзота молекулярного кислорода 1,4 Двуокиси серы

2,8

3,7 водяного пара 12,2 (расход жидкой воды

1,6 мл/мин) 4,4

1,5

Сероводорода

10,2

10,6

Двуокиси углерода

0>6

0,1

Окиси углерода двуокиси углерода

4,5 об. 7. азота 63,5

1,3

0,2

Сароокиси углерода

3,6

4,7

22,3

23,0

Водяного пара

0,5

0,0

59

Объемя. водяно пара 28,1

Температура газа в реакторе, С

Состав газа на выходе из реактора, 7: азота двуокиси углерода окиси углерода углерода (в пересчете на атомныи) Общая степень KOHBLpсни сернистого ап>илpll ла, отп. /

Состав газа на выходе из реактора, 7.:

Элементарной серы (двухлтомной) Водорода уг.и рода

Выход >.IL ментарной геры, отн. /

Отмечено слжеобразопанис

1125!88

Таблица 4

Расход восстановителя на 1 т элементарной серы, нмз

817

587

Выход побочных продуктов, 7:

9,3 сероводорода сероокиси углерода

8,3

1,2

Редактор Н. Пушненкова

Заказ 8417/15

Составитель Л. Темирова

Техред,И. Верес Корректор В. Бутяга

Тираж 463 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4