Технология диоксида серы

        В размольных отделениях после  вторичного дробления, а также  на складах для просева флотационного  колчедана перед подачей его  а печи с кипящим слоем применяют  вибрационные грохоты. На некоторых  заводах с механическими печами  еще эксплуатируются барабанные грохоты.

        Просев рядового и флотационного  колчедана производиться на сите  с отверстиями 6 мм. В грохоте  устанавливается одно сито.  

Технология  обжига серосодержащего  сырья

    Существуют несколько способов  получения диоксида серы и соответственно применяются различные технологические схемы. Их отличие состоит в том, что для каждой технологической схемы применяется различное серосодержащее сырьё.

1. Обжиг колчедана

   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

    Выделение серы начинается при температуре около 5000С и сильно ускоряется с дальнейшим 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

Температура обжига колчедана :Медленное окисление пирита с выделением сернистого ангидрида начинает проходить уже при 170-260⁰С, температура же воспламенения колчедана различных сортов колеблется от 375 до 420⁰С. При этом, чем тоньше измельчен колчедан, тем ниже температура его воспламенения. Примеси кремнезема к колчедану повышают температуру воспламенения, а примеси органических продуктов понижают её. 

Печи  для обжига колчедана

      Для обжига колчедана применяются разнообразные печи. В механических печах измельченный колчедан находится на нескольких подах и сгорает по мере перемешивания его гребками с одного пода на другой. В печах пылевидного обжига частицы колчедана сгорают во время падения в полой камере. В печах обжига в кипящем слое колчедан поддерживается во взвешенном (псевдоожиженном) состоянии поступающим снизу воздухом и сгорает при интенсивном перемешивании. В циклонные печи колчедан вместе с горячим воздухом поступает с большой скоростью по касательной (тангенциально) и сгорает, вращаясь в печи вместе с воздухом; расплавленный огарок вытекает через специальное отверстие.

     Более подробно хотелось бы  остановиться на печах кипящего (КС) слоя, так как в данном случае достигается более высокая интенсивность обжига.

     Печь КС для обжига колчедана  представляет собой вертикальную  цилиндрическую футерованную камеру, в нижнюю часть которой через решетку в днище поступает воздух. Скорость подачи воздуха регулируют так, чтобы поступающий в печь измельченный колчедан поддерживался во взвешенном состоянии, не проваривался через решетку и сразу не уносился из печи. В печи колчедан очень интенсивно перемешивался с воздухом, что обеспечивает высокую скорость процесса обжига. Бурное перемешивание материала напоминает кипение, чем обуславливается название процесса обжига в кипящем слое. Температура во всем объеме кипящего слоя почти одинакова (с разницей 5-10⁰С в различных точках слоя).

    На рис. 3-15 изображена схема установки  для сжигания колчедана в кипящем  слое, состоящей из бункера–питателя 1, печи 2, вентилятора 4, котла-утилизатора  7, циклонов 11, электрофильтра 12 и соответствующей вспомогательной аппаратуры.

     Дробленный (рядовой или флотационный) колчедан из бункера питателя 1 равномерно поступает в приемную  камеру печи 2 кипящего слоя и,  попадая в слой «кипящего»  материала, смешивается с ним  и сгорает. Воздух, необходимый для горения колчедана, нагнетается в печь вентилятором 4 и приводит в состояние «кипения» находящуюся смесь огарка и горящего колчедана. Для поддержания требуемой температуры кипящего слоя в нижней части печи располагают охлаждающие элементы 3 (змеевики), находящиеся в кипящем материале. Из печи КС обжиговый газ поступает в котел – утилизатор 7, где охлаждается до 400-450⁰С. Котел – утилизатор снабжен барабаном – сепаратором 9, куда поступает паро-воздушная эмульсия их охлаждающих элементов 3 и из кипятильных труб 10. Пар из сепаратора направляется в пароперегреватель 8 и отсюда при температуре 430-4500С – подается циркуляционным насосом 16 в охлаждающие элементы 3 и кипятильные трубы 10. Таким образом, все избыточное тепло кипящего слоя и обжигового газа используется в котле – утилизаторе 7. При этом можно получить до 1,5 т пара на 1 т сжигаемого стандартного колчедана.

    При выходе из котла обжиговый газ очищается от грубых частиц пыли в циклонах 11, тщательно обеспыливается в многопольном электрофильтре 12 и далее направляется на переработку в серную кислоту. Огарок из печи КС, пыль из бункера котла-утилизатора, циклонов и электрофильтра поступают на скребковый трансформе 15, затем увлажняются и охлаждаются в холодильном барабане 14 и удаляются из цеха ленточным транспортером 17.

    Печь КС (рис. 3-16) представляет собой  шахту, стальной кожух который  футерован огнеупорным материалом. В нижней части печи расположена подовая плитка (решетка) с большим количеством отверстий, через которые подаваемый воздух равномерно распределяется по всему сечению печи. В зоне кипящего слоя помещены водяные охлаждающие элементы 7 (трубы из углеродистой стали), присоединенные к системе принудительной циркуляции парового котла – утилизатора. Охлаждающие элементы 5 находятся в загрузочной камере 9. Огарок через провальную решетку камеры 9 поступает в бункер 4. Розжиг печи осуществляется при помощи форсунки 8. Вторичный воздух подается через коллектор 10.

    Печи  КС имеют различную производительность. Так , по данным фирмы Лурги (ФРГ), монтируются печи Кс производительностью от 14 до 500 т/сутки сжигаемого сырья при интенсивности от 7,5 до 10 т\сутки на 1 м² решетки. Давление пара, получаемого в таких печах, от 25-125 атм, температура пара до 500⁰С.

    Существенным достоинством метода обжига колчедана в кипящем слое является также получение концентрированного сернистого газа (12-15% SO₂) с низким содержание SO₃ при остатке серы в огарке менее 1 %. 

2. Сжигание серы

     Для сжигания серы в сернокислой и целлюлозно-бумажной промышленности применяются печи различных конструкций. Наиболее совершенны и производительны печи для сжигания серы в распыленном состоянии. Работа этих печей легко регулируется, сернистый газ получается равномерной концентрации.

    Печь для сжигания серы в распыленном состоянии (рис. 3-20) представляет собой стальной горизонтальный цилиндр 1 (диаметр 3,4 м, длина 10,5 м), футерованный огнеупорным кирпичом 2. Расплавленная сера подается в две форсунки 5, расположенные в торцовой части печи. Основное количество воздуха, необходимого для горения серы, подается в короб 6, дополнительный (вторичный) воздух через отверстия в стенке цилиндра печи.

    Для лучшего смешения продуктов  горения с вторичным воздухом  внутри печи имеются две перегородки  4. Розжиг печи производиться при помощи нефтяной или газовой форсунки 7, расположенной под форсунками для серы. При высокой температуре в печи сера загорается, при этом образуется факел горящей серы. Горение паров серы происходит во всем объеме печи и при ее нормальной работе заканчивается в камерах, образованных перегородками 4, куда также подается дополнительно воздух.

    Сера, применяемая в производстве  серной кислоты, должна быть  достаточно чистой, так как загрязняющие  примеси отлагается на поверхности  змеевиков плавильника, ухудшая условия теплопередачи, и, кроме того, могут засорять форсунки. Следует также иметь в виду, что при сжигании серы в печи практически все твердые примеси (зола) переходят в состав обжигового газа в виде пыли.

3. Сжигание сероводорода

 Печь для сжигания сероводорода

      Печь представляет собой стальной  цилиндрический котел, футерованный  огнеупорным кирпичом. В печи  имеется колосниковая насадка  из шамотного кирпича. Сероводородный  газ поступает в верхнюю часть  печи через горелку 3, в которой смешивается с воздухом и затем сгорает в образующемся внутри печи факеле.

      В нижней части печи, кроме  патрубка для отвода газа, имеется  предохранительный взрывной клапан 1, закрытый заглушкой из листовой  стали толщиной 0,8 мм и листового асбеста. В случае воспламенения взрывоопасной газовоздушной смеси заглушка вырывается силой взрыва из фланца; таким путем предотвращается разрушение печи.

      При внезапном прекращении подачи  воздуха( что иногда возможно  а производственных условиях) поступление сероводорода в печь прекращается автоматически при помощи мембранного клапана.

     Для разогрева печи в ней  сжигается генераторный или коксовый  газ, который поступает в печь  также при достаточно большом  давлении воздуха в сети и  тоже через мембранный клапан.

В случае взрыва газа в печи из фланцев вырывается взрывная заглушка 6 и газы выводятся  в атмосферу (сгорают в свече). Пламя не проникает в газопровод, подводящий в печь сероводородный газ, так как оно гасится сеткой Деви.

     Котел – утилизатор выполняется в виде кирпичной камеры, разделенной на две части перегородкой, не доходящей до верха. В камере расположены змеевики, присоединенные к водяному коллектору и коллектору для выхода пароводяной эмульсии. Иногда змеевики заключают  в кожухи из чугунных колец для защиты труб от коррозии при конденсации серной кислоты. Давление пара, образующегося в котлах – утилизаторах на установках мокрого катализа, составляет 6 или 13 атм.

     Поскольку печь и котел работают  под давление, а в газе, выходящем из печи, содержатся пары воды и некоторое количество SO3, весьма существенное значение имеет качество футеровочных и сварочных работ. При наличии зазоров в фуреровке и неплотностей в кожухе печи и корпусе котла – утилизатора газ проникает к наружным поверхностям этих аппаратов, имеющим сравнительно низкую температуру, и охлаждается. Образующиеся пары серной кислоты конденсируются на стенках аппаратов и разрушают их. 
 
 
 

4. Получение диоксида серы из элементарной серы и олеума

    Представляет интерес технологическая схема установки для сжигания элементарной серы в токе кислорода. Используя этот метод, можно получить газ, содержащий 80-90% диоксида серы. Распыление серы в камере сжигания производят под давлением газовой смеси, состоящей из одного объема кислорода и пяти объемов двуокиси серы. Чтобы в  процессе сжигания температура в камере не превышала 1200⁰С, используют охлажденный в трубчатых холодильниках сернистый газ (ретурный).

   Для получения сернистого газа  повышенной концентрации (до 100%) используют обработку твердой и жидкой серы 20%-ным олеумом. При взаимодействии олеума с элементарной серой протекает реакция:

2SO₃ + S = 3SO₂

   При этом концентрация олеума  снижается до 12% и его выводят  из цикла для насыщения. Технологическая  схема процесса получения 100%-ой двуокиси серы из элементарной серы и олеума приведена на рис. 1-16.

    20%-ный олеум из сборника 1 погружными  насосами 2 нагнетают в трубчатый  подогреватель 3, в котором нагревают  до 70-800С, затем подают в реактор  4. Дробленую серу из склада загружают в подвижную емкость (кюбель), поднимают по шахте с помощью электроталии и ссыпают в бункер 5 шнекового питателя 6, из которого подают в реактор 4. 100%-ная двуокись серы, полученная в результате взаимодействия серы с олеумом, направляется в башню 7, заполненную кусками серы. В этой юашне процесс взаимодействия серы с олеумом завершается. Моногидратный абсорбер 8 служит для поглощения двуокиси серы, увлекаемой газом из башни 7. Для очистки от брызг серной кислоты газ пропускают через башню 9, насаженную коксом. 100%0ная двуокись серы, освобожденная от трехокиси серы и брызг серной кислоты собирается в газгольдере 10, откуда направляется потребителю.