Способ получения элементарной серы

 

Изобретение относится к способам получения серы путем переработки отходящих промышленных газов, содержащих диоксид серы. Сущность способа заключается в том, что исходный SO газ предварительно нагревают и содержащийся в нем диоксид серы подвергают восстановлению до элементарной серы при 950 - 1250° С природным газом , взятым в молярном отношении СН /SO 0.46-0.49, или водородом в молярном отношении Н/SO «1.7-1.9. Далее продукты восстановления охлаждают, образовавшуюся серу конденсируют , а остаточные серосодержащие газы направляют на каталитическое довосстановление. 2 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4942377/26 (22) 04.0691 (46) 15.1193 Sea Na 41-42 (71) Институт химической физики им.Н.Н.Семенова

PAH (72) Арутюнов В.С„. Басевич ВЯ„. Веденеев ВИ„Соколов ОВ„Ушаков ВА (73) Научно-производственное предприятие "Техн опрос (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ

СЕРЫ (57) Изобретение относится к способам получения серы путем переработки отходящих промышленных (is) R (и) 2002702 С3 (51) 5 С01В17 04 газов, содержащих диоксид серы Сущность способа заключается в тоц что исходный SO газ г предварительна нагревают и содержащийся в нем диоксид серы подвергают восстановлению до элементарной серы при 950 — 1250 С природным газом, взятым в молярном отношении

CH /SO =0.46-049, ипи водородом в малярном т г отношении H SO -1.7-19. Далее продукты восг становпения охлаждают, образовавшуюся серу конденсиру)от, а остаточные серосодержащие газы направляют на катапитическое довосстановление. 2

Ип.

2002702

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано, например, в цветной металлургии для очистки отходящих газов с одновременным получением товарной серы. 5

Известен способ получения элементар% ной серы из отходящих газов, содержащих диоксид серы, путем его восстановления природным газом, другими газообразными углеводородами и водородом, Удовлетвори- 10 тельная интенсивность процесса достигается либо при высокой температуре (950-1250ОС), либо при применении катализаторов.

Основным недостатком каталитических способов является трудность переработки крепких сернистых газов, содержащих более 10"",ь диоксида серы, характерных для большинства современных металлургических агрегатов. С другой стороны, использо- 20 вание только высокотемпературного гомогенного восстановления не позволяет извлечь всю содержащуюся в газе серу и очистить его до экологически допустимых концентраций диоксида серы. Поэтому on- 25 тимальным является сочетание гомогенных и гетерогенных (каталитических) методов восстановления: предварительное восстановление диоксида серы до его концентрации менее 10 % осуществляется гомогенным ЭО методом, а после отделения образовавшейся элементарной серы проводится гетероген ное до восста новл ение оставшегося диоксида серы до экологически приемлемых концентраций. 7акое сочетание мето- % дов требует оптимизации гомогенной части процесса по максимальному выходу целевого продукта при одновременном получении оптимального для гетерогенного довосстановления состава продуктов.

Известен способ восстановления отходящих сернистых газов природным газом непосредственно в аптейке металлургической печи взвешенной плавки с последующим каталитическим довосстанонлением 45 оставшегося диоксида серы по методу Кла-. уса, однако из-за высокой степени запыленности металлургической пылью получаемая элементарная сера практически не представляет интереса как промышленное 50 сырье.

Наиболее близким техническим решением является способ получения элементарной серы из газов, содержащих диоксид серы, заключающийся в подаче и сжигании 55 в реакторе газообразного топлива в присутствии воздуха или кислорода для повышения температуры до 950. 1250 С с последующей подачей в горячие продукты горения смеси диоксида серы с газом вос становителем. Далее производится охлаждение продуктов до 200-460 С с отделением жидкой серы и с последующим довосстановлением газообразных серосодержащих продуктов на катализаторе по методике Клауса, Выход серы на стадии высокотемпературного восстановления при восстановлении метаном составляет 50 .

Однако известный способ имеет следующие недостатки.

Так как для каталитического восстановления диоксида серы по методу Клауса необходимо стехиометрическое соотношение сероводорода и диоксида серы в подаваемом газе, равное 2:1, необходимо либо отдельно получать и подавать соответствующее количество сероводорода, либо постоянно регулировать степень восстановления, следя за поддержанием соотношения при всех режимах работы, зависящих от изменения режима работы металлургического агрегата. Поскольку практически не удается поддерживать требуемое соотношение, управляя режимом работы восстановительного агрегата, а выброс значительных количеств сероводорода в атмосферу недопустим из-за его высокой токсичности,. в технологическую схему включают стадию дожига всего объема отходящих газов для окисления избыточного сероводорода снова в диоксид серы. Эта стадия проводится в специальных печах дожига и приводит к более чем двухкратному увеличению расхода топлива на повторный разогрев всего объема отходящих газов.

Цель изобретения — увеличение выхода целевого продукта, снижение выброса токсичных соединенйй серы. в атмосферу и уменьшение расхода топлива (на нагрев отходящих газов) путем достижения на стадии высокотемпературного восстановления оптимального для процесса Клауса соотношения диоксида серы и сероводорода.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом получения элементарной серы из. газов, содержащих диоксид серы, включающим. высокотемпературное восстановление их углеводородами или водородом с предварительным нагревом сернистых газов, последующее охлаждение продуктов восстановления, конденсацию образующейся серы и каталитическое восстановление непрореагировавших серосодержащих газов (no методу Клауса), в котором на стадию высокотемпературного восстановления подают диоксид серы и природный газ в соотношении CHa/SOz0,46-0,49 или диоксид серы и водород в соотношении Н2/SOz - 1,7-1,9, обеспечивающем после завершения высокотемпе.2002702 ратурной стадии оптимальное соотношение образовавшегося сероводорода и непрореагировавшего диоксида серы для последующего каталитического восстановления.

Отличительным признаком предлагаемого способа от известного является подача на высокотемпературное восстановление природного rasa при оптимальном соотношении Hz/SOz = 1,7 — 1,9, В известных способах получения серы из газов, содержащих диоксид серы, использование таких соотношений для оптимизации процесса до настоящего времени не применялось, Использование таких соотношений позволяет обеспечить оптимальное (стехиометрическое) соотношение $0г и Нг$ для проведения восстановления по методу Клауса и получить максимальный выход элементарной серы после двух стадий восстановления (гомогенной и гетерогенной), Как было установлено экспериментальными исследованиями при разработке предлагаемого способа, не только степень восстановления диоксида серы, но и доля диоксида серы, превращающегося всероводород, зависит от начального соотношения диоксида серы и восстановителя. Используя эти данные, удалось определить,необходимое начальное соотношение диоксида серы и восстановителя, при котором оставшееся количество диоксида серы и образовавшийся сероводород находятся в близком к теоретически оптимальному (стехиометрическому) для процесса Клауса соотношению

HzS/S0z = 2:1.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом, В реакторе отдельно или непосредст. венно в сернистом газе производится сжигание газообразного топлива в присутствии стехиаметрического количества воздуха или кислорода для достижения в реакторе необходимой температуры процесса 950—

1250 С с последующей подачей в горячие продукты горения газа-восстановителя в указанном оптимальном соотношении.

3а ходом процесса восстановления в гомогенном процессе следят спектроскопическими методами по поглощению в ультрао фиолетовой области на А = 2800 А ($0г) и il = о

2200 А (НгЯ).

После прохождения газового потока через реактор реакционную смесь охлаждают для конденсации и выделения серы. Газообразные продукты направляют на каталитическое восстановление. Стадии выделения серы и каталитического восстановления осуществляют по известному способу (21, 15

25

35

40 — в элементарную серу. .Таким образом, при более высоком, чем

5

Пример 1. На фиг,1 приведены полученные зависимости степени превращения диоксида серы ЬЯОг/(SOz)o и относительного выхода сероводорода Нг$/h. SOz от начального соотношения водорода и диоксида серы (Hz/ЯОг)о, а в табл.1 — полученные отношения Нг$/$0г.

Индекс "к" означает, что величины относятся к стадии окончания высокотемпературного восстановления. Величины (SOz)» и (НгЯ)» показывают относительное распределение серы по этим компонентам.

При подаче в нагретый до 1100оС сернистый газ водорода при соотношении Нг/ЯОг

= 1,8 получали степень восстановления диоксида серы в гомогенной стадии, равную

0,8. При этом примерно 50 восстановленного диоксида серы превращается в HzS, а остальное — в элементарную серу. Таким образом, после гомогенной стадии восста. новления и отделения элементарной серы поступающие на каталитическое довосстановления газы имели практически оптимальное соотношение Нг$:$0г = 2:1, позволяющее обеспечить максимальный выход целевого продукта.

Пример 2. На фиг.2 приведены полученные зависимости степени превращения диоксида серы ИОг/(SOz)o и относительного выхода сероводорода НгЯ/Л SÎz от начального соотношения метана и диоксида серы (CH4/$0г)о, а в таблице 2 — полученные отношения НгЯ/$0г.

При подаче в нагретый до 1200 С сернистый газ метана при соотношении СН4/SOz, = 0,48 получали степень восстановления диоксида серы в гомогенной стадии, равную

0,87, При этом 26 восстановленного диоксида серы превращается в HzS, а остальное в способе-прототипе выходе серы на стадии высокотемпературного восстановления (55 ) одновременно получают оптимальное для последующего каталитического восстановления соотношение Нг$;$0г = 2:1 в отходящих газах.

За пределами заявленных интервалов отношения на стадии высокотемпературного восстановления газа-восстановителя к диоксиду серы не удается обеспечить необходимое для процесса Клауса соотношение

SOz к НгЯ (см. табл. 1 и 2), Как видно из примеров и результатов проведенных кинетических исследований предлагаемый способ обеспечивает следующие преимущества по сравнению с известным способом.

2002702

Таблица1

Зависимость соотношения (HzS/$02)» после проведения высокотемпературного восстановления от исходного соотношения Нг/S0z

Таблица2

Зависимость соотношения (HzS/SGz)» после проведения высокотемпературного восстановления от исходного соотношения СН /SÎz.

Формула изобретения

Выход серы на стадии высокотемпературного восстановления метаном возрастает с 50 до 55, а соотношение сероводорода и диоксида серы в газах. поступающих на каталитическое восстановление, составляет HzS;$0z = 2:1, что позволяет практически всю содержащуюся в них серу перевести в целевой продукт, Одновременно появляется возможность исключить стадию дожигания отходящих газов, содержащих избыток Н $, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ,СЕРЫ из газов, содержащих диоксид ,серы; включающий предварительный нагрев газов, высокотемпературное восстановление диоксида серы до элементарной серы природным газом или водородом, охлаждение продуктов восстановления, конденсацию образующейся серы и последующее каталитическое восстановление остаточных серосодержащих газов, отПеречисленные преимущества позволят успешно использовать предлагаемый способ в металлургической промышленности для очистки отходящих газов с одновре5 менным получением высокочистой товарной серы. (56) Менковский M.À и Яворский В.Т. Технология серы, M.: Химия, 1985.

10 Патент ФРГ N- 2613343, кл. С 01 В

17/04. 1980.

20 личающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта на стадии высокотемпературного восстановления с одновременным получением оптимального для последующего каталитического восстанов25 ления соотношения серосодержащих газов, на стадию высокотемпературного восстановления диоксид серы и природный газ или водород подают в молярном отношении СН4/$02 = 0,46 - 0,49 или

30 Н /S0z = 1,7- 1,9, 2002702

О,S

Составитель К.Рябушева

Техред М.Моргентал

Корректор М.Петрова

Редактор Т,Горячев

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 321.1

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101