ПРОИЗВОДСТВО СЕРНИСТОГО ГАЗА

Сернистый газ используется не только при получении серной кислоты, но и в некоторых других производствах, например, цел­люлозы сульфитным методом, сульфита натрия, хлористого сульфурила и т. п. Все эти производства потребляют сернистый газ, получаемый обжигом серосодержащего сырья.

Сырье. Сырьем для производства сернистого газа могут слу­жить природные минералы и отходы других производств, содер­жащие серу.

В природе сера встречается в основном в трех видах: 1) эле­ментная самородная сера, механически смешанная с другими минералами, 2) в сульфидных рудах, таких, как пирит FeS₂, пир­ротин Fe_nS_n+1, медный колчедан CuFeS₂, медный блеск Cu₂S и др.; 3) в сульфатах: гипс CaSO₄×2H₂O, ангидрит CaSO₄, мира­билит Na₂SО₄×10H₂O и др.

При переработке сульфидов цветных металлов образуется сер­нистый газ, который частично используется в сернокислотном производстве. При переработке нефтепродуктов, коксовании углей и получении генераторного газа в качестве побочного продукта образуется сероводород, который улавливают, концентрируют, а затем сжиганием его получают сернистый газ, перерабатываемый в дальнейшем на серную кислоту.

Свыше половины производства сернистого газа базируется на сжигании серы. Элементную серу получают из самородных руд или как побочный продукт, в производстве ряда цветных металлов, при очистке газов. В настоящее время наиболее мощным
источником серы служит природный газ астраханского месторождения, содержащий до 25% сероводорода, из которого при очистке получают элементную серу.

Сера плавится при 113°С и легко сгорает в токе воздуха без образования отходов и побочных продуктов. Однако следует иметь в виду, что сера в несколько раз дороже колчедана.

Большие перспективы как сырье для сернокислотной и других отраслей промышленности имеют сульфаты кальция и натрия, а также топочные газы, загрязняющие атмосферу сернистым газом.

Процесс обжига пирита, который можно представить следующим суммарным уравнением реакции:

4FeS₂ + 11O₂ ®2Fe₂O₃ + 8SO₂, ΔH = –3416 кДж

Наряду с FeS₂ разлагаются и сульфиды других металлов, содержащиеся в колчедане. Их оксиды, а также кварц, некоторые алюмосиликаты вместе с оксидом железа и остаточным неокисленным FeS₂ образуют огарок, в котором может содержаться до 2% серы.

Для достижения необходимой концентрации кислорода в газо­вой смеси применяют избыток воздуха против стехиометрического в 1,2—1,8 раза.

Для снижения внешнедиффузионных торможений, т. е. облег­чения подвода кислорода к поверхности зерна, применяют энер­гичное перемешивание фаз. Процесс же горения пирита лимити­руется внутренней диффузией кислорода, т. е. подводом кислоро­да внутрь зерна через его поры. Поэтому более эффективный способ повышения скорости сжигания колчедана — увеличение по­верхности соприкосновения фаз за счет тонкого измельчения твер­дого компонента. На практике поэтому применяют тонко­молотый флотационный колчедан с размером частиц от 0,03 до 0,3 мм.

Для обжига колчедана применялись печи различной конст­рукции. В настоящее время используются печи обжига колчедана в кипящем слое (печи КС).

Схема печного отделения сернокислотного цеха, оборудован­ного печами КС, приведена на рис. 3. Печь КС представляет собой футерованную ка­меру, в нижней части которой укреплена газораспределительная решетка, на которую непрерывно поступает обжигаемый матери­ал, в данном процессе — серный колчедан. Под решетку подается воздух со скоростью, обеспечивающей переход частиц во взвешен­ное состояние. Частицы находятся в непрерывном пульсационном движении и омываются турбулентным потоком воздуха, что обес­печивает условия интенсивного выгорания серы и окисления же­леза.

Интенсивность работы таких печей составляет в среднем 1800 кг/м³/сут. При этом можно получить газ, содержащий до 14% SO₂. Теплота реакции горения колчедана используется для выработки пара.

Часть труб парового котла расположена непосредственно в кипящем слое; в них подается такое количество воды, чтобы тем­пература слоя (изотермический слой) составляла около 800°С. Затем теплота горения используется в котле-утилизаторе. Количество получаемого пара составляет около 1,3 т на тонну колчедана.

Флотационный колчедан полидисперсен, поэтому газ, выходящий из печи, содержит много огарковой пыли — до 300 г/м³ газа.
Пыль может засорить последующую аппаратуру, поэтому газ подвергают грубой очистке в циклонах, затем тонкой в электрофильтрах до содержания в нем пыли 0,1 г/м³. После сухой очистки
газ поступает в систему производства серной кислоты. При сжигании чистой серы очистка газа от пыли не нужна, и схема печного отделения сернокислотного цеха сильно упрощает­ся.