Технология диоксида серы

Пермский  Государственный Технический Университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат на тему:

«Технология диоксида серы» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: ст. гр. ТНВ – 06

Лыгина  Анна

Проверил: Зав. кафедры ТНВ

Островский  С.В.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

г. Пермь, 2010 г.

Содержание:

1. Введение (свойства диоксида серы)………………………………………3
2. Способы производства……………………………………………………..4
3. Сырьевая база технологии…………………………………………………5
4. Подготовка сырья к обжигу……………………………………………….7
5. Современное состояние технологии (обжиг сырья)……………………..9
6. Усовершенствование технологии………………………………………..16
7. Заключение………………………………………………………………..17
8. Список литературы……………………………………………………….18

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Свойства  диоксида серы

    Сернистый ангидрид SO₂, или двуокись серы (молекулярный вес 64,066), при обычной температуре представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом, сильно раздражающий слизистые оболочки глаз и дыхательных органов. Он легко превращается в жидкость при атмосферном давлении и охлаждении до -10,1⁰С. Давление паров диоксида серы над жидкой фазой составляет 3,25 атм при 20⁰С и 8,4 атм при 50⁰С.

     В одном объеме воды при  20⁰С растворяется около 40 объемов диоксида серы; при этом выделяется тепло в количестве 34,4 кДж/моль.

     Растворимость диоксида серы  в воде уменьшается с повышением температуры. Растворимость двуокиси серы в серной кислоте меньше, чем в воде. С повышение концентрации серной кислоты растворимость сернистого ангидрида вначале уменьшается, достигает минимума при 85% серной кислоты, а затем вновь увеличивается.

     В присутствии катализатора сернистый  ангидрид окисляется по реакции:

SO₂ + ½ O₂ = SO₃

    Сернистый ангидрид, соединяясь  с водой, образует сернистую  кислоту, которая может существовать только в растворе:

SO₂ + H₂O = H₂SO₃

   В химических реакциях он может быть как окислителем, так и восстановителем, образует комплексы с аминами и комплексы переходных металлов, в водных растворах находиться в виде гидрата SO₂*7H₂O.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Способы производства диоксида серы

В технике сернистым  газом называется газовая смесь, содержащая сернистый ангидрид, концентрация компонентов сернистого газа   (SO₂, O₂, N₂, и др.) различно в зависимости от состава исходного сырья и методов его обжига.

       Реакции горения  серосодержащего  сырья:

1. При обжиге колчедана протекает несколько реакций, вначале – промежуточная реакция термического разложения дисульфида железа FeS₂, с образованием сульфида железа FeS и выделением парообразной серы:

2FeS₂ = 2FeS + S₂ – 103.9 кДж (24,8 ккал)

        Выделение серы начинается при температуре 500 гр. И сильно ускоряется с дельнейшим её повышением. Пары серы сгорают с образованием двуокиси серы, эта же реакция протекает и при сжигании элементарной серы:

       S(пар) + O₂(газ) = SO₂(газ) + 362.4 кДж (86,5 ккал)

2. При обжиге углекислого колчедана одновременно с серой сгорает содержащийся в нем углерод по реакции:

C + O₂ = CO₂ + 409.8 кДж (97,8 ккал)

В этом случае уменьшается содержание кислорода  в обжиговом газе, что понижает скорость дальнейшего процесса окисления  сернистого ангидрида на катализаторе.

3. При  окислении колчедана огарком  (процесс ведется при температуре  около 800 гр.) получается сернистый  газ высокой концентрации. 

FeS₂ + 16Fe₂O₃ = 11Fe₃O₄ + 2SO₂ – 450.8 кДж (107,6 ккал)

3. При обжиге цинковой обманки протекает реакция:

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂ + 943.6 кДж (225,2 ккал)

4. Сероводород сгорает с образованием сернистого ангидрида и паров воды:

2H₂S + 3O₂ = 2SO₂ + 2H₂O + 1038.7 кДж (247,9 ккал) 

5. При нагревании гипса CaSO₄*2H₂O вначале выделяется кристаллизационная вода, а затем разлагается сульфат кальция:

CaSO₄ = CaO + SO₂ + ½ O₂ – 489.6 КДж (116,86 ккал)

Полное  его разложение происходит при 1400-1500 гр., температура разложения значительно  понижается в присутствии углерода (уголь). В этом случае протекает  реакция:

2CaSO₄ + C = 2CaO + 2SO₂+ CO₂ – 566.2 кДж (135,12 ккал) 
 
 
 

Сырьевая  база технологии

  Сырьем для получения диоксида серы служит элементарная сера или содержащие серу вещества, из которых может быть выделена элементарная сера или получен сероводород. Сырьем могут послужить твердые, жидкие и газообразные вещества. Природные залежи самородной серы сравнительно невелики. Чаще сера встречается в природе в виде твердых соединений с железом, цинком, свинцом, медью и другими металлами. Общее содержание в земной коре составляет 0,1 %.

     1. Серный колчедан.

         Главной составной частью серного колчедана является сульфид железа FeS₂, содержащий 53,5% S и 46,5% Fe. Кроме FeS₂, природный серный колчедан содержит примеси соединений меди, цинка, свинца, мышьяка, никеля, кобальта, селена, висмута, теллура, кадмия, карбонаты и сульфаты кальция и магния, небольшие количества золота и серебра и др. Поэтому в колчедане, применяемом для производства серной кислоты, содержание серы колеблется в широкий пределах – от 30 до 52%.

        Это минерал желтоватого или желтовато – серого цвета, плотность его около 5 г/см³. В зависимости от размера кусков и сорта колчедана его насыпная плотность составляет от 2200 до 2400 кг/м³. Главной составной частью серного колчедана является сульфид железа FeS₂.

  2. Сера.

         Элементарную серу получают из самородных руд. При её сжигании образуется газ с большим содержанием SO₂ и кислорода. После сжигания серы не остается огарка, удаление которого при получении серной кислоты из колчедана связанно с большими затратами. В самородной сере присутствует лишь незначительное количество мышьяка, благодаря чему существенно упрощается схема контактных сернокислых  систем, поскольку отпадает необходимость во многих специальных аппаратах, необходимых для очистки от мышьяка газов обжига колчедана. При крупных масштабах производства природной серы она является, кроме того, дешевым сырьем, находящим разнообразное применение.

4. Газы, содержащие сероводород.

     Большинство горючих газов (коксовый, генераторный, попутные, природные, газы нефтепереработки) содержат сероводород, который почти всегда является нежелательной примесью.

     Газы нефтепереработки, попутные и природные используются главным образом для синтеза разнообразных продуктов, а также для бытовых нужд. В обоих случаях содержание H₂S в газах не должно превышать 20мг/м3, поэтому горючие газы, содержащие заметное количество сероводорода, обычно очищают от него путем обработки (промывки) газов поглотительным раствором. При нагревании такого раствора из него выделяется сероводородный газ высокой концентрации (до 90% H2S). Сероводородный газ используется для производства диокида серы, элементарной серы и серной кислоты.

     

5. Агломерационные газы.

На  крупных предприятиях черной металлургии  железная руда перед загрузкой в доменные печи подвергается на специальных фабриках агломерации, которая заключается в том, что через раскаленную руду, содержащую некоторые добавки, продувают воздух. При этом находящаяся в руде сера окисляется с выделением сернистого ангидрида, который входит в состав агломерационных газов, пока удаляемых в атмосферу. При повышенном содержании серы в железной руде агломерационные газы содержат 0,5-1,5% SO₂.

Как показывали промышленные испытания, при  агломерирующем обжиге свинцовых концентратов с добавление в дутье небольшого количества кислорода повышается концентрация сернистого ангидрида в газе с 1,5 до 8% и увеличивается производительность, агломерационной машины для выжигания серы из сырья в 1,3 раза.

5. Топочные и горючие газы.

При сжигании угля в топках содержащаяся в угле сера сгорает, образуя SO₂, который вместе с топочными газами выбрасывается в атмосферу. По санитарным условиям топочные газы крупных теплоэлектроцентралей, находящихся вблизи населенных пунктов, должны подвергаться отчистке. При этом большую часть сернистого ангидрида можно извлечь из газов и использовать для производства серной кислоты. Однако выделение SO₂ из топочных газов по существующим методам связанно с большими затратами, поэтому лишь незначительная часть топочных газов подвергается отчистке. Изыскание простых и дешевых способов извлечения сернистого ангидрида из газов позволит нерационально использовать огромные количества серы и оздоровить воздушный бассейн над населенными пунктами. 
 
 
 
 
 
 

Подготовка  сырья к обжигу

    Для получения сернистого ангидрида,  являющегося исходным продуктом  в производстве серной кислоты,  сжигают серосодержащее сырье,  которое должно быть соответствующим  образом подготовлено. Для серы  и газообразного сырья не требуется  специальной подготовки к сжиганию.

     Рядовой колчедан перед обжигом  измельчают. Флотационный колчедан  и концентраты руд цветных  металлов предварительно просеивают для удаления крупных частиц и сжигают в механических печах и в печах кипящего слоя. При обжиге смесей рядового и флотационного колчедана в механических полочных печах сырье смешивают (шихтуют) в процессе дробления или при загрузке в печь.

Дробление колчедана:

     Первичное дробление кускового  колчедана проводиться в щековых  дробилках. В тех случаях, когда  щековые дробилки не могут обеспечить требуемой производительности, применяют конусные дробилки для крупного и среднего дробления. Для более мелкого дробления колчедана до 5-6 мм, с последующим обжигом его в механический печах, устанавливают валковые дробилки с гладкими волками.

     В печах кипящего слоя можно  сжигать рядовой колчедан (размер  кусков не более 5 мм), содержащий  не менее 60% фракций от 0 до 1 мм. Такой гранулометрический состав  сырья обеспечивается дроблением  колчедана в короткоконусных  дробилках.

      Смерзшийся или слежавшийся колчедан дробят в однороторных молотковых дробилках с бронзовыми венцами (для предохранения от взрыва при дроблении серы).

      Производительность дробилок при  дроблении смерзшегося флотационного  колчедана (без колосниковой решетки) составляет примерно 60 % производительности при работе на угле.

      При наличии колосниковых решеток  влажность колчедана не должна превышать 3-4 % , без них 50%. Если дробилки используются для измельчения катышей колчедана после барабанных сушилок, то проба колчедана должна проходить при просеве через сито с отверстиями 2 мм; остаток на сите не более 5%.

Грохоты.

      Для предварительного просева  кускового колчедана перед щековыми (конусными) дробилками устанавливают  плоские качающиеся или вибрационные грохоты.