Способ получения полимерной серы

 

Использование для получения полимерной серы, находящей применение в резинотехнической и шинной промышленности. Сущность изобретения: сероводородсодержащий газ предварительно контактирует с кислородом воздуха при их объемном соотношении 1:0,47, 0,49 при 300 - 320 ^oС в псевдоожиженном слое оксидного алюмомагнийхромового катализатора и полученную смесь подают на охлаждение. Используют катализатор состава, мас.%: оксид хрома 16 - 18; оксид магния 4,2 - 5,4; оксид алюминия - остальное. В качестве исходного газа используют газ, содержащий 8 - 100 мас.% сероводорода. 2 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей и химической промышленности и может быть использовано для получения полимерной серы, находящей применение в резинотехнической и шинной промышленности.

Известен способ получения полимерной серы из расплава в присутствии галогенных стабилизаторов с последующим распылением в воду под давлением воздуха или инертного газа [1] Недостатки способа выход полимерной серы не превышает 50-55% значительные энергетические затраты.

Известен способ получения полимерной нерастворимой серы путем сублимационной конденсации паров серы, нагретых до температуры выше 445^оС в атмосфере инертного газа, при температуре 60-100^оС [2] Недостатки способа выход полимерной серы не превышает 46,5% значительные энергетические затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения полимерной нерастворимой серы путем смешения (взаимодействия) парообразной серы с сероводородом в количестве в пределах от 10^-6 до 5 мас. (в пересчете на серу). В смесь парообразной серы и сероводорода подмешивается сероводород с серой до его парообразования. Охлаждают полученную смесь в охлаждающей среде, в качестве которой используют сероводород или воду [3] По способу [3] проведены опыты по определению выхода полимерной серы. Выход составляет 45-50% Цель изобретения повышение выхода полимерной серы.

Поставленная цель достигается способом получения полимерной серы, включающей охлаждение смеси паров серы и сероводорода в охлаждающей среде, в качестве которой используют четыреххлористый углерод. Предварительно парообразную серу, содержащую сероводород, получают окислением сероводородсодержащего газа кислородом воздуха при объемном соотношении Н₂S:O₂ 1:0,47-0,49 при 300-350^оС в псевдоожиженном слое оксидного алюмомагнийхромового катализатора, содержащего, мас. оксид хрома 16-18; оксид магния 4,2-4,5; оксид алюминия остальное. В процессе используют газ, содержащий 8-100 мас. сероводорода.

Предварительное контактирование сероводородсодержащего газа с кислородом воздуха при определенном объемном соотношении и температуре в псевдоожиженном слое оксидного алюмомагнийхромового катализатора определенного состава с последующим охлаждением полученной смеси приводит к повышению выхода полимерной серы вследствие того, что в процессе окисления момент образования серы характеризуется ее активностью. Это приводит к высокой способности серы к полимеризации при резком охлаждении смеси парообразной серы и сероводорода. В момент охлаждения смеси в охлаждающей среде четыреххлористом углероде происходит сшивание активизированных молекул с получением полимерной серы. Проведение процесса в кипящем слое катализатора позволяет получить высококонцентрированные пары серы. Активация образования молекул серы происходит в момент превращения сероводорода в серу.

Активация паров серы, образованных в момент окисления сероводорода при 320-250^оС, приводит в последующем к сшиванию молекул серы с получением полимерной серы.

Введение сероводорода в пары серы процесс экзотермический. Образование паров серы идет с выделением тепла, т.е. отпадает необходимость плавления серы. Процесс плавления энергоемкий, т.е. требуются дополнительные энергозатраты при получении полимерной серы по прототипу.

Количество полимерной (нерастворимой) серы определяют по формуле С_нС_общ С_р, где С_общ общее количество серы; С_н количество полимерной (нерастворимой) серы; С_р количество растворимой серы, выделенной экстрагированием.

Выход полимерной серы от теоретического определяют соотношением: В С_н/С_s 100% где С_s исходное количество серы (по прототипу элементарная сера, направляемая на испарение; по заявляемому сера, содержащаяся в исходном сероводороде).

П р и м е р 1. Сероводородсодержащий газ с содержанием сероводорода 50 мас. в количестве 50 л окисляют кислородом воздуха, который подают с расходом 58 л, при объемном соотношении Н₂S:O₂ 1:0,48 при 310^оС в псевдоожиженном слое оксидного катализатора, содержащего, мас. оксид хрома 17; оксид магния 5,0; оксид алюминия остальное. Загрузка катализатора 8 см³, объемная скорость псевдоожижения 20 л/ч. Полученную смесь резко охлаждают в охлаждающей среде четыреххлористом углероде или сероуглероде. Полученная сера неоднородна, представляет собой смесь элементарной растворимой и полимерной (нерастворимой) серы. Для их разделения растворимую серу экстрагируют четыреххлористым углеродом в три ступени при 40-60^оС. Экстрагент отгоняют. Выделенную растворимую серу сушат и взвешивают. Выход полимерной серы 60,4% П р и м е р 2. Аналогично примеру 1, сероводородсодержащий газ с содержанием сероводорода 100 мас. окисляют кислородом воздуха при соотношении Н₂S: O₂ 1: 0,47 при 300^оС в псевдоожиженном слое катализатора ИК-12-72 состава, мас. оксид хрома 16; оксид магния 4,2; оксид алюминия остальное. Выход полимерной серы 60,8% П р и м е р 3. Аналогично примеру 1 сероводородсодержащий газ с содержанием сероводорода 8 мас. окисляют кислородом воздуха при соотношении Н₂S: O₂ 1: 0,49 при 320^оС в псевдоожиженном слое катализатора ИК-12-72 состава, мас. оксид хрома 18; оксид магния 5,4; оксид алюминия остальное. Выход полимерной серы 60,3% П р и м е р 4. Аналогично примеру 1 сероводородсодержащий газ с содержанием сероводорода 50 мас. окисляют кислородом воздуха при соотношении Н₂S: O₂ 1: 0,46 при 310^оС в псевдоожиженном слое катализатора ИК-12-72 состава, мас. оксид хрома 17; оксид магния 5,0; оксид алюминия остальное. Выход полимерной серы 40% П р и м е р 5-7. Аналогично примеру 1 и 4 окисление при соотношении Н₂S: O₂ 1:0,5, 1:0,48 при 340^оС в псевдоожиженном слое катализатора ИК-12-72 состава, мас. оксид хрома 17; оксид магния 5; оксид алюминия остальное. Выход полимерной серы 38,2; 42,3; 41,8% Данные примеров сведены в таблицу. Из таблицы видно, что проведение процесса при объемном соотношении Н₂S:O₂ 1:0,47-0,49 является необходимым условием эффективного проведения процесса, т.к. при этом достигается максимальная активация образующихся молекул серы в процессе окисления сероводорода и создаются условия для получения концентрированных паров серы. При этих условиях не образуются побочные продукты, отрицательно влияющие на выход полимерной серы.

Необходимым условием для достижения цели изобретения также является проведение стадии контактирования при 320-350^оС с использованием псевдоожиженного слоя катализатора. Именно при этих температурах при прямом окислении сероводорода молекулы серы, полученные при 300-350^оС, обладают наибольшей активностью при получении полимерной серы.

На контактирование подают газ, содержащий 8-100 мас. сероводорода. Указанный интервал позволяет обеспечить широкий диапазон использования процесса, за счет чего достигается максимальная концентрация молекул серы, которая позволяет получить полимерную серу с высоким выходом.

Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить следующие преимущества:
получить полимерную серу с более высоким выходом 60,8%
предотвратить газовые выбросы за счет полного окисления сероводорода при окислении его в псевдоожиженном слое алюмомагнийхромового катализатора;
исключить дополнительные процессы по ликвидации стоков экстрагента четыреххлористого углерода, т.к. последний из-за отсутствия побочных продуктов не подвергается регенерации, т.е. используется многократно;
затраты тепла за счет экзотермичности реакции прямого окисления сероводорода в серу минимальны;
процесс позволяет использовать газовые сероводородсодержащие выбросы, совмещая утилизацию их с получением полимерной серы;
упрощение процесса за счет исключения стадии плавления и парообразования серы по прототипу.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ СЕРЫ, включающий взаимодействие сероводородсодержащего газа с газообразным агентом, охлаждение продуктов взаимодействия путем смешения с охлаждающей жидкостью и последующее выделение целевого продукта из смеси, отличающийся тем, что сероводородсодержащий газ подвергают взаимодействию с кислородом воздуха при объемном соотношении 1 : 0,47 - 0,49 соответственно при 300 - 320^oС в псевдоожиженном слое алюмомагнийхромового катализатора, содержащего, мас.%:
Оксид хрома - 16 - 18
Оксид магния - 4,2 - 4,5
Оксид алюминия - Остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходный газ берут с содержанием сероводорода 8 - 100 мас.%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости используют четыреххлористый углерод.

РИСУНКИ

Рисунок 1