Способ получения элементарной серы

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано, например, в цветной металлургии для очистки отходящих газов с одновременным получением товарной серы. 5Известен способ получения элементарной серы из отходящих газов, содержащих диоксид серы, путем его восстановления природным газом, другими газообразными углеводородами и водородом, Удовлетвори тельная интенсивность процесса достигается либо при высокой температуре (950-1250 С), либо при применении катализаторов.Основным недостатком каталитических 15 способов является трудность переработки крепких сернистых газов, содержащих более 10 диоксида серы, характерных для большинства современных металлургических агрегатов. С другой стороны, использо вание только высокотемпературного гомогенного восстановления не позволяет извлечь всю содержащуюся в газе серу и счистить его до экологически допустимых концентраций диоксида серы. Поэтому оп тимальным является сочетание гомогенных и гетерогенных (каталитических) методов восстановления: предварительное восстановление диоксида серц до его концентра-. ции менее 10% осуществляется гомогенным 30 методом, а после отделения образовавшейся элементарной серы проводится гетерогенное довосстановление оставшегося диоксида серы до экологически приемлемых концентраций, 7 акое сочетание мето- З 5 дов требует оптимизации гомогенной части процесса по максимальному выходу целевого продукта при одновременном получении оптимального для гетерогенного довосстановления состава продуктов.: 40Известен способ восстановления отхо" дящих сернистых газов природным газом непосредственно в аптейке металлургической печи взвешенной плавки с последующим каталитическим довосстанонлеиием 45 оставшегося диоксида серы по методу Кла уса, однако из-за высокой степени запылейности металлургической пылью получаемая элементарная сера практически но 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 соотношенияпри всех режимах работц, 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 повторнцй 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 п реда аритепьным нагревом сернистых газов, последующее охлаждение продуктов восстановления, конденсацию образующейся серы и каталитическое восстановление непрореагировавших серосодержащих газов (по методу Клауса), в котором на стадию высокотемпературного восстановления подают диоксид серы и природный газ в соотношении СИИ 302- 0,46-0,49 или диоксид серы и водород в соотношении Н 2 И 02 - 1,7-1,9, обеспечивающем после завершения высокотемпе 2002702ратурной стадии оптимальное соотношениеобразовавшегося сероводорода и непрореагировавшего диоксида серы для последующего каталитического восстановления.Отличительным признаком предлагаемого способа от известного является подачана высокотемпературное восстановлениеприродного газа при оптимальном соотношении Нг/30 г = 1,7 - 1,9,В известных способах получения серыиз газов, содержащих диоксид серы, использование таких соотношений для оптимизации процесса до настоящего временине применялось, Использование таких соотношений позволяет обеспечить оптимальное (стехиометрическое) соотношение 30 ги НгЯ для проведения восстановления пометоду Клауса и получить максимальный выход элементарной серы после двух стадийвосстановления (гомогенной и гетерогенной), Как было установлено экспериментальными исследованиями при разработкепредлагаемого способа, не только степеньвосстановления диоксида серы, но и долядиоксида серы, превращающегося всероводород, зависит от начального соотношениядиоксида серы и восстановителя. Используяэти данные, удалось определить,необходимое начальное соотношение диоксида серыи восстановителя, при котором оставшеесяколичество диоксида серы и образовавшийсясероводород находятся в близком к теоретически оптимальному (стехиометрическому)для процесса Клауса соотношениюНгЯ/30 г = 2:1.Предлагаемый способ осуществляютследующим образом,В реакторе отдельно или непосредст. венно в сернистом газе производится сжигание газообразного топлива в присутствиистехиаметрического количества воздуха иликислорода для достижения в реакторе необходимой температуры процесса 950 -1250 С с последующей подачей в горячиепродукты горения газа-восстановителя вуказанном оптимальном соотношении.За ходом процесса восстановления вгомогенном процессе следят спектроскопическими методами по поглощению в ультраофиолетовой области на А = 2800 А (30 г) и А =о2200 А (НгЯ).После прохождения газового потока через реактор реакционную смесь охлаждаютдля конденсации и выделения серы. Газообразные продукты направляют на каталитическое восстановление. Стадии выделениясеры и каталитического восстановленияосуществляют по известному способу (2), 15 20 25 30 35 40 - в элементарную серу. .Таким образом, при более высоком, чем 45 5 10 50 55 П р и м е р 1. На фиг,1 приведены полученные зависимости степени превращения диоксида серы ЬЯОг/(ЯОг)о и относительного выхода сероводорода НгЯ/Л ЯОг от начального соотношения водорода и диоксида серы (Нг/ЯОг)о, а в табл.1 - полученные отношения НгЯ/30 г,Индекс "к" означает, что величины относятся к стадии окончания высокотемпературного восстановления. Величины (30 г) и(НгЯ) показывают относительное распределение серы по этим компонентам. При подаче в нагретый до 1100 оС сернистый газ водорода при соотношении Нг/ЯОг = 1,8 получали степень восстановления диоксида серы в гомогенной стадии, равную 0,8. При этом примерно 50 овосстановленного диоксида серы превращается в НгЯ, 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 НгЯ:ЯОг = 2:1, позволяющее обеспечить максимальный выход целевого продукта.П р и м е р 2. На фиг.2 приведены полученные зависимости степени превращения диоксида серы ЮОг/(30 г)о и относительного выхода сероводорода НгЯ/Ь ЯОг от начального соотношения метана и диоксидасеры (СН 4/30 г)о, а в таблице 2 - полученныеотношения НгЯ/ЯОг. При подаче в нагретыйдо 1200 С сернистый газ метана при соотношении СН 4/ЯОг , = 0,48 получали степень восстановления диоксида серы в гомогенной стадии, равную 0,87, При этом 26% восстановленного диоксида серы превращается в Нг 3, а остальное в способе-прототипе выходе серы на стадии высокотемпературного восстановления(55) одновременно получают оптимальное для последующего каталитического восстановления соотношение НгЯ;ЯОг = 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 30 г 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 Перечисленные преимущества позволят успешно использовать предлагаемый способ в металлургической промышленности для очистки отходящих газов с одновре менным получением высокочистойтоварной серы.(56) Менковский М.А и Яворский В.Т, Технология серы, М.; Химия, 1985.10 Патент ФРГ М 2613343, кл. С 01 В 17/04. 1980,Таблица 1 Зависимость соотношения (Н 23/ЗОг)к после проведения высокотемпературного восстановления от исходного соотношения Н 2/502абл масть соотношения (Н 25/ЗО 2)к после проведения высокотем восстановления от исходного соотношения СН П 02, рного Формула изобретения 2 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ,СЕРЫ из газов, содержащих диоксид ,серы; включающий предварительный нагрев газов, высокотемпературное восста новление диоксида серы до элементарной серы природным газом или водородом, охлаждение продуктов восстановления, конденсацию образующейся серы и последующее каталитическое восстановле ние остаточных серосодержащих газов, отВыход серы на стадии высокотемпературного восстановления метаном возрастает с 50 до 55 ф, а соотношение сероводорода и диоксида серы в газах, поступающих на каталитическое восстановление, составляет Нгб 302 = 2;1, что позволяет практически всю содержащуюся в них серу перевести в целевой продукт, Одновременно появляется возможность исключить стадию дожигания отходящих газов, содержащих избыток НЯ,личающийся тем, что, свыхода целевого продукотемпературного воссвременным получениемпоследующего каталитления соотношениязов, на стадию высвосстановления диоксиный газ или водород иотношении СН 4/Ю 2Н 2/302 = 1,7 - 1,9,целью увеличения кта на стадии высотановления с одно- оптимального для ического восстановсеросодержащих гаокотемпературно го д серы и природодают в молярном0,46 - 0,49 или2002702 с 1,02 Составитель К.РябушеТехред М,Моргентал рректор М.Петрова актор Т,Горяче Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5