Сірка горіння на повітрі. Хімічна схема процесу

Чиста сірканадходить по трубопроводу, що обігрівається, з естакади до збірки. Джерелом надходження рідкої сірки у відділення випалу можуть бути як вузол плавлення та фільтрації комової сірки, так і вузол зливу та складування рідкої сірки із залізничних цистерн. Зі збірки через проміжний збірник місткістю 32 м3 насосом по кільцевому сіркопроводу сірка подається в котлопечний агрегат на спалювання в потоці осушеного повітря.

При згорянні сірки утворюється діоксид сірки за реакцією:

S(жид.) + О2(газ.) = SО2(газ) + 362,4 кДж.

Ця реакція протікає з виділенням тепла.

Процес горіння рідкої сірки в атмосфері повітря залежить від умов випалення (температури, швидкості газового потоку), фізико-хімічних властивостей(наявності в ній зольних та бітумних домішок та ін.) і складається з окремих послідовних стадій:

змішання крапель рідкої сірки із повітрям;

прогрів та випаровування крапель;

утворення газової фази та займання газової сірки;

горіння парів у газовій фазі.

Перелічені стадії невіддільні один від одного і протікають одночасно паралельно. Відбувається процес дифузійного горіння сірки з утворенням сірки діоксиду, невелика кількість діоксиду сірки окислюється до триоксиду. При спалюванні сірки з підвищенням температури газу зростає концентрація SО2 пропорційно температурі. При спалюванні сірки також утворюються оксиди азоту, що забруднюють продукційну кислоту і є шкідливими вихлопами, що забруднюють. Кількість оксидів азоту, що утворюються, залежить від режиму спалювання сірки, надлишку повітря і температури ведення процесу. Зі зростанням температури кількість оксидів азоту, що утворюються, підвищується. Зі зростанням коефіцієнта надлишку повітря кількість оксидів азоту, що утворюються, зростає, досягаючи максимуму при коефіцієнті надлишку повітря від 1,20 до 1,25, потім падає.

Процес спалювання сірки проводять при розрахунковій температурі не більше 1200єС із надлишком подачі повітря в циклонні топки.

При спалюванні рідкої сірки утворюється незначна кількість SO3. Сумарна об'ємна часткадіоксиду та триоксиду сірки у технологічному газі після котла становить до 12,8%.

За рахунок піддуву холодного осушеного повітря в газохід перед контактним апаратом проводиться доохолодження та розведення технологічного газу до експлуатаційних норм (сумарна об'ємна частка діоксиду та триоксиду сірки не більше 11,0%, температура від 390 о С до 420 о С).

Рідка сірка подається на форсунки циклонних топок агрегату для спалювання двома насосами, один з яких резервний.

Осушене в сушильній вежі повітря нагнітачем (один - робочий, один - резервний) подається в агрегат на спалювання сірки та розведення газу до експлуатаційних норм.

Спалювання рідкої сірки у кількості від 5 до 15 м 3 /год (від 9 до 27 т/год) проводиться у 2-х циклонних топках, розташованих один щодо одного під кутом 110 град. та з'єднаних з котлом сполучною камерою.

На спалювання надходить рідка фільтрована сірка з температурою від 135 про С до 145 про С. Кожна топка має по 4 форсунки для сірки з паровою сорочкою та по одному пусковому газовому пальнику.

Регулювання температури газу на виході з енерготехнологічного котла проводиться дросельною заслінкою на гарячому байпасі, яка пропускає газ із камери догоряння циклонних топок, а також холодним байпасом, що перепускає частину повітря повз котлопічний агрегат у газохід після котла.

Енерготехнологічний водотрубний агрегат з природною циркуляцією, одноходовий по газу призначений для охолодження сірчистих газів при спалюванні рідкої сірки і вироблення перегрітої пари з температурою від 420 про С до 440°С при тиску від 3,5 до 3,9 МПа.

Енерготехнологічний агрегат складається з наступних основних вузлів: барабана з внутрішньобарабанним пристроєм, випарного пристрою з конвективним пучком, трубчастого каркаса, що охолоджується, топки, що складається з двох циклонів і перехідної камери, порталу, каркаса під барабан. Пароперегрівач 1-го ступеня та економайзер 1-го ступеня об'єднані в один виносний блок, пароперегрівач 2-го ступеня, та економайзер 2-го ступеня розміщені в окремих виносних блоках.

Температура газу після топок перед випарним блоком підвищується до 1170 про З. У випарної частини котла відбувається охолодження технологічного газу від 450 до 480 про З, після холодного байпасу температура газу знижується від 390 до 420 про З. Охолоджений технологічний газ, направляється на наступну стадію виробництва сірчаної кислоти – окислення діоксиду сірки до триоксиду сірки в контактному апараті.

Основні напрямки досліджень у галузі ПДУ

До основних напрямів досліджень у галузі ПГУ слід віднести:

Оцінка запасів вугілля під розробку методом ПГУ;

Пошук шляхів підвищення енергетичного та хімічного к.п.д. процесу підземної газифікації вугілля;

Розробку технології та техніко-економічної оцінки комплексного використання газів ПДУ в енергетиці та хімічній промисловості;

Одержання газу заданого складу, що задовольняє вимогам переробки його на хімічну продукцію, розробку методів очищення та збагачення газів для забезпечення більш економічного його використання у хімічній технології;

Розробку методів управління та контролю складу газів ПДУ;

Техніко-економічне обґрунтування доцільності переробки газів ПДУ на хімічну продукцію з урахуванням зростання дефіциту та вартості природного газу та нафти;

Розробку методів очищення та їх збагачення, а також розробити методи утилізації тепла та вигазованої зони та газів ПГУ.

Для вирішення названих проблем вже зараз необхідно визначити перспективні вугільні родовища під розробку, провести дослідження щодо удосконалення технології (вибір оптимальної сітки свердловин, методів збійки, інтенсивності та складу дуття тощо), визначити придатність існуючих схемтехнологічної переробки газів ПГУ, здійснити вибір та конструювання обладнання для свердловин та наземного переробного комплексу, у тому числі підбір термо та корозійностійких матеріалів та покриттів для свердловин та наземних комунікацій.

Стратегічно газ ПГУ може використовуватися як місцеве промислове енергоджерело на базі роботи комплексного підприємства «ПГУ-ТЕС».

Винятково перспективний метод ПГУ для постачання енергії Примор'я, де доцільно в районі ряду закритих шахт будівництво станцій ПГУ.

Запитання до розділу:

1. Технологічна схема станції підземної газифікації вугілля.

2. Стадії процесу газифікації вугілля.

Підземне спалювання сірки - метод розробки родовищ само-

рідної сірки шляхом її високотемпературного окислення на місці залягання

Ідея методу сягає старовинної практики виплавки сірки з са-

мородних руд за рахунок тепла спалювання частини сірки в спеціальних пе-

чах - "калькаронах". Перша спроба отримання сірки за її часткового

спалювання під землею було вжито в 1910 р. італійським інженером

Д. Фіорі, який пропонував спалювати сірку на верхніх поверхах попередньо-

тельно підготовленого вертикальними та горизонтальними виробленнями

рудного блоку, щоб на нижніх поверхах блоку збирати стікаючу

рідку сірку. На практиці з'ясувалося, що отримана таким чином

сірка містить багато золи і вихід її незначний. У 30-ті роки XX століття

пропозиції щодо здійснення процесу часткового спалювання сірки

на місці залягання через свердловини з одержанням сірки у вигляді рідини

або пари висувалися австрійським інженером Г. Шмацелем та італійською

ським Р. Вердерамо. У 1958 р. італійський інженер Д. Джорджі опублі-

кував проект розробки «верхньої палаючої зони» копальні Коццо-Дізі

(Сіці лія). У проекті передбачалося як використання сірчистого

газу при виробництві кислоти, і випуск рідкої сірки. У 1962-66 р.р.

американські інженери Міллер, а також Уайт і Мосс запропонували про-

виводити спалювання її на місці залягання, подаючи повітря для горіння та

відводячи утворений газоподібний сірчистий газ через свердловини. Дан-

ні експерименти були проведені в США. Метод підземного спалювання

сірки з орієнтацією на перевагу отримання сірчистого газу

для виробництва сірчаної кислоти вкотре працювався в 1973-79 гг. МОНІЛ-

Гео ГІГГС. стосовно необводненої частини Гаурдакського сірчаного

родовища (Туркменістан). У 1976-1978 роках. проведено успішні

випробування технології на дослідній установці Гаурдакського сірчаного заводу.

так. Показано, що при повітряному дутті температура в осередку горіння до-

стигає 1200 °С, при цьому в газах спалювання міститься 5-15% SO2, що

відповідає умовам виробництва сірчаної кислоти. Коефіцієнт ви-

горіння сірки в зоні горіння перевищує в осередку горіння 90%, у середньому

по дослідній установці 78,6%.

Сутність методу полягає у створенні в сірчаному пласті керу-

мого вогнища горіння сірки, параметри якого підтримуються на рівні,

достатньому для отримання кондиційного для виробництва сірчаної кис-

лоти сірчистого газу.

Процес горіння сірки та випалу сірчаних руд досить вивчений. Одна-

до в пластових умовах цей процес ускладнений і залежить від структури

та текстури сірчаних руд, мінералогічного та хімічного складу вмі-

щаючих порід, від вмісту сірки в руді, потужності, пористості та про-

никості пласта, від розподілу пір і тріщин пласта за розмірами,

від обводненості пласта, від тиску, темпу нагнітання та складу окис-

літеля та ін.

Температура займання сірки в порах пласта є складною

функцією складу реагує суміші, характерного діаметра пір, тиск-

ня, теплопровідності та наявності домішок у рідкій сірці. Зокрема,

було показано, що сірчані пари можуть спалахувати тільки в порах

розміром у кілька міліметрів при температурі понад температуру

кипіння сірки. Таким чином, горіння сірки відбувається тільки у великих

порах пласта, не проникаючи в глиб сірчаних блоків. Освіта рушійно-

ся внутрішньопластового вогнища горіння сірки призводить до появи харак-

терного поздовжнього розподілу температури у вигляді ≪тепловий вол-

ни», в якій можна виділити зони попереднього прогріву, зону

розплавленої сірки, зону горіння і зону руди, що вигоріла. За потужністю

пласта вигоряння відбувається переважно у верхній частині, при цьому

у підошви пласта утворюється «сірчана калюжа». Процес внутрішньопластового

спалювання сірки відбувається на кілька стадій. На першій стадії вироб-

водиться розпалювання пласта з підтримкою температури вогнища горіння до тих

пір, поки його власне тепло виділення не перевищить теплові втрати.

У міру прогріву пласта сірчані пари з дрібнопористих блоків поступа-

ють у більші пори та тріщини, де відбувається їх окислення, а частина

сірки попереду фронту горіння виплавляється з рудних блоків і стікає до

підошві пласта. Таким чином, на другій стадії процесу осередок горіння

просувається тільки по найбільших порах і тріщин. При цьому

частина не окисленої сірчаної пари

конденсується у непрогрітих зонах, кольматуючи пласт. На третій,

найдовшій стадії процесу відбувається догоряння сірки в блоках

та у підошви пласта. На кожній із стадій існує своя залежність

між витратою дуття і концентрацією сірчистого газу, що дає мож-

ність керувати процесом підземного спалювання сірки, досягаючи конди-

ного складу газів спалювання.

Технологія підземного спалювання сірки включає наступні

операції:

1. Розтин пласта свердловинами з обсадкою їх металевими ко-

лонами труб до покрівлі пласта. Буріння по пласту проводиться колон-

ким способом з відбором керна.

2. Проведення дослідних нагнітань повітря в свердловини з вимірювання

єм його тиску та витрати в часі для визначення фільтраційних

характеристик пласта та його підсушування. Для виявлення можливих

місць витоків газу проводиться подача до пласта стійких димів.

3. Розпалювання пласта з використанням вибійних газових пальників або пу-

тим спуску в забій коксу, що горить. Розпалювання припиняється при появі в

газах спалювання сірчистого ангідриду з концентрацією понад 3%.

4. Управління складом газів спалювання шляхом зміни витрати

повітря, точки подачі дуття та точки відведення газів.

5. Збір газів спалювання.

6. Знепилення та осушування газів спалювання.

7. Каталітичне доокислення сірчистого ангідриду до сірчаного ан-

гідриду, наприклад, апаратах подвійного контактування.

8. Одержання сірчаної кислоти в олеумному абсорбері.

9. Нейтралізація та утилізація кислих стоків та шламів.

Виконані дослідження показали: що економить че ські пок аз ат ел і

технології ПСС можуть бути прийняті за аналогією з ПГУ в частині гази-

кації та за аналогією переробки сірчистих газів кольорової металургії в

частини виробництва сірчаної кислоти. Розрахунки показують, що порівняно-

ня з базовими методами виробництва кислоти із сірки та колчедану тех-

нологія ПСС економічно вигідна при мінімальній виробник-

ності підприємства 100 тис. т сірчаної кислоти на рік.

Екологічні аспекти П ССпов'язані з гарантією нерозповсюдження

вогнища горіння за контури відпрацьованої ділянки та прориву токсичних

продуктів спалювання на поверхні. Практика гасіння по жарів на сер-

них рудниках свідчить, що існує два основних принципи

успішного вирішення проблеми -припинення припливу повітря і знижується-

ня температури вогнища горіння. При випадкових пожежах поблизу відкрит-

Тієї поверхні обидва принципи здійснити вдається з великими труднощами.

При цілеспрямованій організації вогнища горіння на великій глибині,

як показали досліди, проблема ізоляції вогнища суттєво полегшує-

ся. Перерви у подачі окислювача призводять до значної кольматації

периферійних зонсконденсованої сіркою та до самоізоляції ділянки

спалювання. Подача води безпосередньо у вогнище недоцільна, оскільки

внаслідок високих температур у пласті розвивається високий тиск

пара, яка може призвести до утворення розриву порід пласта та

покрівлі. Найбільш раціональним є законтурне заводнення при

наявність системи відповідних контрольних свердловин.

П ер спекти виП ССіз ад ач і даль ні ших і дослідж вань.Пер-

спективні для ПСС, як показано вище, високопроникні багаті

сірчані поклади, але їхня частка в загальних ресурсах самородної сіркиневелика.

Тому є найбільш доцільним розвиток модифікації.

цій методу стосовно малопроникних сірчаних руд та інших

нитам. Зокрема, показано, що може бути успішно реалізовано

ант, що передбачає початкове ведення процесу у двох близько

розташованих ізольованих свердловини. Після з'єднання зон плав-

лення навколо цих свердловин утворюється сбоєчний канал, інтенсивність

процесу збільшується і поступово до нього залучаються свердловини на

більшій відстані.

У галузі отримання товарної продукції перспективний пошук техно-

логічних схем сірчанокислотного виробництва при низькій концентрації

сірчистого газу, схем з відновленням елементарної сірки, наприклад,

використанням утворюється в безкисневих зонах сірководню.

В цілому, метод ПСС є досить перспективним як воз-

можливої ​​альтернативи існуючим технологіямвиробництва серії та

сірчаної кислоти та для поповнення можливого дефіциту у цих видах

продукції.

Література

1. Гридін О.М. Підземне спалювання сірки. Дис. на соїск. вчений степ.

канд. техн. наук М., ГІГГС,1979.

2. Методичні питаннядослідження у геотехнології. (Вип.З). Під

ред. В.Ж. Арен-са, ДІГГС, Люберці, 1979.

3. Гридін О.М., Куріцина Л.І., Гвоздєв Н.В. Лабораторні дослідження-

ня методу під земного спалювання сірки. //Безшахтний видобуток гірничо-хімі-

ної сировини. Тр. ДІГГС, вип. 33, Люберці, 1975.

4. Аренс В.Ж. , Гридін О.М., Куріцина Л.І., Хчеян Г.Х. Основні

закономірності процесу внутрішньопластового горіння сірки Ж. Фізі-

ко-технічні проблеми розробки корисних копалин, СО АН

СРСР, №3,1980.

5. Шварцштейн Я.В, Кузьмін Г.А. Отримання сірчистого газу з еле-

ментарної сірки., М, Хімія, 1972.

6. Miller Wendell S. Burning process for recovering sulfur from the earth.

Pat. USA N 3131919, 05.04.1962.

7. White Philip D., Moss John T. In-situ oxidation reaction within a sulfur

formation, contain ing sulfur. Pat. USAN 3410604, 01.12.1966.

8. Цейтлін О.М. Про закономірності горіння сірки. Тр. НІОХІМ, т.е.

12, Л., Держхімвидав, 1959.

9. Г'угель Б.М. Верхні межі займання сірки в кисні і в

сумішах з інертними газами. ЖФГ, т. 14, вип. 1, АН СРСР, М., 1941.

Горіння сірки є складним процесом у зв'язку з тим, що сірка має молекули з різним числоматомів у різних алотропних станах та великою залежністюїї фізико-хімічні властивості від температури. Механізм реакції та вихід продуктів змінюється як від температури, так і від тиску кисню.

Горіння сірки в 80 з можливе з різних причин. Твердо встановленої теорії цього процесу поки немає. Передбачається, що частково це відбувається в самій топці при високій температурі і достатньому надлишку повітря. Дослідження в цьому напрямку (рис. 66) показують, що при малих надлишках повітря (порядку ст 105 і нижче) утворення 80 з в газах різко знижується.

Горіння сірки в кисні протікає при 280, а на повітрі - при 360С.

Горіння сірки відбувається у всьому обсязі печі. При цьому гази виходять концентрованішими і переробка їх здійснюється в апаратах менших габаритів, а очищення газів майже виключається. Двоокис сірки, що отримується при спалюванні сірки, крім виробництва сірчаної кислоти, застосовується в ряді галузей промисловості для очищення погонів нафти як холодильний агент, у виробництві цукру та ін. SCb перевозиться в сталевих балонах і цистернах рідкому стані. Зрідження SO2 проводиться стисненням попередньо осушеного та охолодженого газу.

Горіння сірки відбувається у всьому обсязі печі та закінчується в камерах, утворених перегородками 4, куди подається додаткова кількість повітря. З цих камер виводиться гарячий пічний газ, що містить сірчистий ангідрид.

Горіння сірки легко налбюдать в механічних печах. На верхніх поверхах печей, де в матеріалі, що горить, багато FeS2, все полум'я пофарбовано в синій колір- це характерне полум'я горіння сірки.

Процес горіння сірки описується рівнянням.

За горінням сірки спостерігають через оглядове скло у стінці печі. Температуру розплавленої сірки слід підтримувати в межах 145 - 155 С. Якщо продовжувати підвищувати температуру, в'язкість сірки поступово збільшується і при 190 С вона перетворюється на густу темно-коричневу масу, що дуже ускладнює її перекачування та розбризкування.

При горінні сірки однією атом сірки припадає одна молекула кисню.

При горінні сірки в печі отримують сірчистий випалювальний газ з вмістом близько 14 % S02 і температурою на виході з печі близько 1000 С. З цією температурою газ надходить в котел-утилізатор 7, де шляхом зниження його температури до 450 С отримують пар. У контактний апарат 8 необхідно спрямовувати сірчистий газ з вмістом близько 8 % SO2, тому після котла-утилізатора частину газу або весь випалювальний газ розбавляють до 8 % SO2 підігрітим теплообміннику 9 повітрям. У контактному апараті окислюється 50 - 70% сірчистого ангідриду до сірчаного ангідриду.

Сірка є хімічним елементом, який знаходиться в шостій групі і третьому періоді таблиці Менделєєва. У цій статті ми докладно розглянемо її хімічні та отримання, використання тощо. У фізичну характеристику входять такі ознаки, як колір, рівень електропровідності, температура кипіння сірки тощо. буд. Хімічна описує її взаємодію Космосу з іншими речовинами.

Сірка з погляду фізики

Це тендітна речовина. За нормальних умов воно перебуває у твердому агрегатному стані. Сірка має лимонно-жовте забарвлення.

І здебільшого всі її сполуки мають жовті відтінки. У воді не розчиняється. Має низьку тепло-і електропровідність. Дані ознаки характеризують її як типовий неметал. Незважаючи на те, що хімічний склад сірки зовсім не складний, дана речовина може мати кілька варіацій. Все залежить від будівлі кристалічних ґрат, З допомогою якої з'єднуються атоми, молекул ж вони не утворюють.

Отже, перший варіант – ромбічна сірка. Вона є найстійкішою. Температура кипіння сірки такого типу становить 445 градусів за шкалою Цельсія. Але для того, щоб ця речовина перейшла в газоподібну агрегатний стан, йому спочатку необхідно пройти рідке. Отже, плавлення сірки відбувається за температури, що становить сто тринадцять градусів Цельсія.

Другий варіант – моноклінна сірка. Вона є кристалами голчастої форми з темно-жовтим забарвленням. Плавлення сірки першого типу, а потім її повільне охолодження призводить до формування цього виду. Цей різновид має майже ті ж фізичні характеристики. Наприклад, температура кипіння сірки такого типу - ті самі чотириста сорок п'ять градусів. Крім того, є такий різновид даної речовинияк пластична. Її отримують за допомогою виливання в холодну воду нагрітої майже до ромбічної кипіння. Температура кипіння сірки цього виду така ж. Але речовина має властивість тягнутися, як гума.

Ще одна складова фізичної характеристики, Про яку хотілося б сказати, - температура займання сірки.

Цей показник може відрізнятися залежно від типу матеріалу та його походження. Наприклад, температура займання сірки технічної становить 190 градусів. Це досить низький показник. В інших випадках температура спалаху сірки може становити двісті сорок вісім градусів і навіть двісті п'ятдесят шість. Все залежить від того, з якого матеріалу вона була добута, яку має щільність. Але можна зробити висновок, що температура горіння сірки досить низька, в порівнянні з іншими хімічними елементами, це легкозаймиста речовина. Крім того, іноді сірка може поєднуватися в молекули, що складаються з восьми, шести, чотирьох або двох атомів. Тепер, розглянувши сірку з погляду фізики, перейдемо до наступного розділу.

Хімічна характеристика сірки

Цей елемент має порівняно низьку атомною масою, вона дорівнює тридцяти двох грамів на моль. Характеристика елемента сірка включає таку особливість даної речовини, як здатність володіти різним ступенемокиснення. Цим вона відрізняється від, скажімо, водню чи кисню. Розглядаючи питання про те, яка хімічна характеристикаелемента сірка, неможливо не згадати, що він, залежно від умов, виявляє як відновлювальні, так і окисні властивості. Отже, по порядку розглянемо взаємодію цієї речовини з різними хімічними сполуками.

Сірка та прості речовини

Найпростішими є речовини, які мають у своєму складі лише один хімічний елемент. Його атоми можуть поєднуватися в молекули, як, наприклад, у випадку з киснем, а можуть і не з'єднуватися, як це буває у металів. Так, сірка може вступати у реакції з металами, іншими неметалами та галогенами.

Взаємодія з металами

Для здійснення такого процесу необхідна висока температура. За таких умов відбувається реакція приєднання. Тобто атоми металу поєднуються з атомами сірки, утворюючи при цьому складні речовинисульфіди. Наприклад, якщо нагріти два молі калію, змішавши їх з одним моль сірки, отримаємо один моль сульфіду даного металу. Рівняння можна записати у такому вигляді: 2К + S = K2S.

Реакція із киснем

Це спалювання сірки. Внаслідок цього процесу утворюється її оксид. Останній може бути двох видів. Тому спалювання сірки може відбуватися у два етапи. Перший - це коли з одного моль сірки та одного моль кисню утворюється один моль діоксиду сульфуру. Записати рівняння даної хімічної реакціїможна так: S + Про 2 = SO 2 . Другий етап – приєднання до діоксиду ще одного атома оксигену. Відбувається це, якщо додати до двох моль один моль кисню в умовах високої температури. В результаті отримаємо два моль триоксиду сульфуру. Рівняння цього хімічної взаємодіївиглядає таким чином: 2SO2 + О2 = 2SO3. В результаті такої реакції утворюється сірчана кислота. Так, здійснивши два описані процеси, можна пропустити отриманий триоксид через струмінь водяної пари. І отримаємо рівняння подібної реакції записується наступним чином: SO3 + Н2О = H2SO4.

Взаємодія з галогенами

Хімічні як та інших неметалів, дозволяють їй реагувати з цією групою речовин. До неї належать такі сполуки, як фтор, бром, хлор, йод. Сірка реагує з будь-яким із них, за винятком останнього. Як приклад можна навести процес фторування аналізованого нами елемента таблиці Менделєєва. За допомогою розігріву згаданого неметалу з галогеном можна отримати дві варіації фториду. Перший випадок: якщо взяти один моль сульфуру та три моль фтору, отримаємо один моль фториду, формула якого SF 6 . Рівняння виглядає так: S + 3F2 = SF6. Крім того, є другий варіант: якщо взяти один моль сірки та два моль фтору, отримаємо один моль фториду з хімічною формулою SF 4 . Рівняння записується у такому вигляді: S + 2F 2 = SF 4 . Як бачите все залежить від пропорцій, в яких змішати компоненти. Точно так само можна провести процес хлорування сірки (також може утворитися дві різні речовини) або бромування.

Взаємодія з іншими простими речовинами

У цьому характеристика елемента сірка не закінчується. Речовина може вступати в хімічну реакцію з гідрогеном, фосфором і карбоном. Внаслідок взаємодії з воднем утворюється сульфідна кислота. В результаті її реакції з металами можна отримати їх сульфіди, які, у свою чергу, також отримують прямим шляхом взаємодії сірки з тим самим металом. Приєднання атомів гідрогену до атомів сульфуру відбувається лише в умовах дуже високої температури. При реакції сірки із фосфором утворюється її фосфід. Він має таку формулу: P 2 S 3. Для того, щоб отримати один моль даної речовини, потрібно взяти два моль фосфору і три моль сульфуру. При взаємодії сірки з вуглецем утворюється карбід аналізованого неметалу. Його хімічна формула має такий вигляд: CS 2 . Для того щоб отримати один моль цієї речовини, потрібно взяти один моль вуглецю і два моль сірки. Всі описані вище реакції приєднання відбуваються лише за умови нагрівання реагентів до високих температур. Ми розглянули взаємодію сірки із простими речовинами, тепер перейдемо до наступного пункту.

Сірка та складні сполуки

Складними називаються ті речовини, молекули яких складаються із двох (або більше) різних елементів. Хімічні властивостісірки дозволяють їй реагувати з такими сполуками як луги, а також концентрована сульфатна кислота. Реакції її з цими речовинами досить своєрідні. Спочатку розглянемо, що відбувається при змішуванні аналізованого неметалу зі лугом. Наприклад, якщо взяти шість моль і додати до них три моль сірки, отримаємо два моль сульфіду калію, один моль сульфіту даного металу та три моль води. Такого роду реакцію можна виразити наступним рівнянням: 6КОН + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3Н 2 О. За таким же принципом відбувається взаємодія, якщо додати Далі розглянемо поведінку сірки при додаванні до неї концентрованого розчину сульфатної кислоти. Якщо взяти один моль першої та дві моль другої речовини, отримаємо такі продукти: триоксид сірки у кількості три моль, а також воду – два моль. Ця хімічна реакція може здійснитися лише при нагріванні реагентів до високої температури.

Отримання неметалу, що розглядається.

Існує кілька основних способів, за допомогою яких можна видобути сірку з різноманітних речовин. Перший метод – виділення її з піриту. Хімічна формула останнього - FeS2. При нагріванні даної речовини до високої температури без доступу до неї кисню можна отримати інший сульфід заліза - FeS - та сірку. Рівняння реакції записується в наступному вигляді: FeS 2 = FeS + S. Другий спосіб отримання сірки, який часто використовується в промисловості, - це спалювання сульфіду сірки за умови не великої кількостікисню. У такому випадку можна отримати аналізований неметал і воду. Для проведення реакції потрібно взяти компоненти у молярному співвідношенні два до одного. В результаті отримаємо кінцеві продукти у пропорціях два до двох. Рівняння цієї хімічної реакції можна записати так: 2H 2 S + О 2 = 2S + 2Н 2 О. Крім того, сірку можна отримати в ході різноманітних металургійних процесів, наприклад, при виробництві таких металів, як нікель, мідь та інші.

Використання в промисловості

Найширше своє застосування аналізований нами неметал знайшов у хімічній галузі. Як згадувалося вище, тут він використовується отримання з нього сульфатної кислоти. Крім того, сірка застосовується як компонент для виготовлення сірників, завдяки тому, що є легкозаймистим матеріалом. Незамінна вона і під час виробництва вибухових речовин, пороху, бенгальських вогнів та ін. Крім того, сірку використовують як один з інгредієнтів засобів для боротьби зі шкідниками. У медицині її застосовують як компонент при виготовленні ліків від шкірних захворювань. Також аналізована речовина використовується при виробництві різноманітних барвників. Крім того, її застосовують при виготовленні люмінофорів.

Електронна будова сірки

Як відомо, всі атоми складаються з ядра, в якому знаходяться протони - позитивно заряджені частинки - і нейтрони, тобто частинки, що мають нульовий заряд. Навколо ядра обертаються електрони, заряд яких є негативним. Щоб атом був нейтральним, у його структурі має бути однакова кількість протонів та електронів. Якщо ж останніх більше, то це вже негативний іон- Аніон. Якщо ж навпаки – кількість протонів більша, ніж електронів – це позитивний іон, або катіон. Аніон сірки може виступати як кислотний залишок. Він входить до складу молекул таких речовин, як сульфідна кислота (сірководень) та сульфіди металів. Аніон утворюється в ході електролітичної дисоціаціїяка відбувається при розчиненні речовини у воді. При цьому молекула розпадається на катіон, який може бути представлений у вигляді іона металу або водню, а також катіон - іон кислотного залишку або гідроксильної групи (ОН-).

Так як порядковий номерсірки в таблиці Менделєєва - шістнадцять, можна зробити висновок, що в її ядрі знаходиться саме така кількість протонів. Виходячи з цього, можна сказати, що і електронів, що обертаються довкола, теж шістнадцять. Кількість нейтронів можна дізнатися, відібравши від молярної масипорядковий номер хімічного елемента: 32 – 16 = 16. Кожен електрон обертається не хаотично, а за певною орбітою. Так як сірка - хімічний елемент, який відноситься до третього періоду таблиці Менделєєва, то й орбіт навколо три ядра. На першій з них розташовано два електрони, на другій – вісім, на третій – шість. Електронна формулаатома сірки записується наступним чином: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Поширеність у природі

В основному аналізований хімічний елемент зустрічається у складі мінералів, які є сульфідами різноманітних металів. Насамперед це пірит - сіль заліза; також це свинцевий, срібний, мідний блиск, цинкова обманка, кіновар - сульфід ртуті. Крім того, сірка може входити і до складу мінералів, структура яких представлена ​​трьома та більш хімічними елементами.

Наприклад, халькопірит, мірабіліт, кізерит, гіпс. Можна розглянути кожен із них докладніше. Пірит - це сульфід ферум, або FeS 2 . Він має світло-жовте забарвлення із золотистим блиском. Даний мінерал можна часто зустріти як домішка в блакиті, яка широко використовується для виготовлення прикрас. Це з тим, що ці два мінерали часто мають загальне родовище. Мідний блиск - халькоцит, або халькозин - є синювато-сіра речовина, схожа на метал. та срібний блиск (аргентит) мають подібні характеристики: вони обидва зовні нагадують метали, мають сіре забарвлення. Кіновар - це коричнево-червоний тьмяний мінерал із сірими вкрапленнями. Халькопірит, хімічна формула якого CuFeS 2 - золотисто-жовтий, його ще називають золотою обманкою. Цинкова обманка (сфалерит) може мати забарвлення від бурштинового до вогненно-жовтогарячого. Мірабіліт - Na 2 SO 4 x10H 2 O - прозорі чи білі кристали. Його ще називають застосовують у медицині. Хімічна формула кізериту - MgSO 4 xH 2 O. Він виглядає як білий або безбарвний порошок. Хімічна формула гіпсу - CaSO 4 x2H 2 O. Крім того, цей хімічний елемент входить до складу клітин живих організмів і є важливим мікроелементом.

Фізико-хімічні засадипроцес горіння сірки.

Спалювання S відбувається з виділенням великої кількості теплоти: 0,5S 2г + Про 2г = SО 2г, ΔН = -362,43 кДж

Горіння – комплекс хімічних та фізичних явищ. У пристрої для спалювання доводиться мати справу зі складними полями швидкостей, концентрацій та температур, які важко піддаються математичному опису.

Горіння розплавленої S залежить від умов взаємодії та згоряння окремих крапель. Ефективність процесу горіння визначається часом повного згоряння кожної частинки сірки. Горіння сірки, яке відбувається тільки в газовій фазі, передує випаровування S, змішання її пар з повітрям і прогрівання суміші до t, що забезпечує необхідну швидкість реакції. Оскільки інтенсивніше випаровування з поверхні краплі починається лише за певної t – кожна крапля рідкої сірки має бути нагріта до цієї t. Чим вище t, тим більше часу знадобиться для прогрівання краплі. Коли над поверхнею краплі утворюється горюча суміш пар S і повітря граничної концентрації і t, відбувається займання. Процес горіння краплі S залежить від умов горіння: t та відносної швидкостігазового потоку, і фізико-хім-х властивостей рідкої S (наприклад, наявність у S твердих домішокзоли), і складається з стадій: 1-змішування крапель рідкої S з повітрям; 2-прогрів цих крапель та випаровування; 3-термічне розщеплення парів S; 4-освіта газової фази та її займання; 5-горіння газової фази.

Ці стадії протікають майже одночасно.

В результаті прогріву крапля рідкої S починає випаровуватися, пари S дифундують до зони горіння, де при високій t починають активно реагувати з 2 повітря, відбувається процес дифузійного горіння S з утворенням SO 2 .

При високих t швидкість реакції окислення S більша за швидкість фізичних процесів, тому загальна швидкість процесу горіння визначається процесами масо- і тепловіддачі.

Молекулярна дифузія визначає спокійний, повільний процес горіння, а турбулентна прискорює його. Зі зменшенням розміру крапель скорочується час їхнього випаровування. Дрібне розпилення частинок сірки та рівномірний розподіл їх у повітряному потоці збільшує поверхню контакту, полегшує нагрівання та випаровування частинок. При горінні кожної одиничної краплі S у складі смолоскипа слід розрізняти 3 періоди: I-інкубаційний; II-інтенсивного горіння; III-Період догоряння.

При горінні краплі з її поверхні відбуваються викиди полум'я, що нагадують собою сонячні спалахи. На відміну від звичайного дифузійного горіння з викидом мов полум'я з поверхні краплі, що горить, отримало назву «вибухового горіння».

Горіння краплі S у дифузійному режимі здійснюється шляхом випаровування молекул із поверхні краплі. Швидкість випаровування залежить від фізичних властивостейрідини та t навколишнього середовища, а визначається характеристикою швидкості випаровування. У диференціальному режимі S горить у I та III періодах. Вибухова горіння краплі спостерігається тільки в періоді інтенсивного горіння у II періоді. Тривалість періоду інтенсивного горіння пропорційна кубу початкового діаметра краплі. Це викликано тим, що вибухове горіння є дотриманням процесів, які протікають обсягом краплі. Характеристика швидкості горіння обчисл. за ф-ле: До= /τ сг;

d н - Початковий діаметр краплі, мм; τ - час повного згоряння краплі, с.

Характеристика швидкості горіння краплі дорівнює сумі характеристик дифузійного та вибухового горіння: До= До вз + До диф; КВЗ= 0,78∙ехр(-(1,59∙р) 2,58); До диф= 1,21∙р +0,23; До Т2= До Т1 ∙ехр(Е а /R∙(1/Т 1 – 1/Т 2)); До Т1 – константа швидкості горіння при t 1 = 1073 К. До Т2 – конст. швидкості гріння при t відмінній від t 1 . Е а – енергія активації (7850 кДж/моль).

Т.О. основними умовами ефективного горіння рідкої S є: підведення всього необхідної кількостіповітря до гирла факела, дрібне та рівномірне розпилення рідкої S, турбулентність потоку та висока t.

Загальна залежність інтенсивності випаровування рідкої S від швидкості газу та t: До 1= a∙V/(b+V); a, b – константи, залежні від t. V - скор. газу, м/с. При більш високих t залежність інтенсивності випаровування S від швидкості газу їм вигляд: До 1= К про ∙ V n;

При збільшенні t від 120 до 180 про З інтенсивність випаровування S зростає в 5-10 разів, а т 180 до 440 про З 300-500 разів.

Інтенсивність випаровування за швидкості газу 0,104 м/с визначається: = 8,745 – 2600/Т (при 120-140 про З); = 7,346 -2025/Т (при 140-200 про С); = 10,415 - 3480/Т (при 200-440 про С).

Щоб визначити інтенсивність випаровування S при будь-якій t від 140 до 440 про З і швидкості газу в межах 0,026-0,26 м/с, її спочатку знаходять для швидкості газу 0,104 м/с і перераховують на іншу швидкість: lg = lg + n∙lgV ``/V`; Порівняння значення інтенсивності випаровування рідкої сірки та швидкості горіння говорить про те, що інтенсивність горіння не може перевищити інтенсивність випаровування за температури кипіння сірки. Це підтверджує правильність механізму горіння, яким сірка згоряє лише у пароподібному стані. Константа швидкості окислення пари сірки (реакція протікає за рівнянням другого порядку) визначається кінетичним рівнянням: -dС S / d = К? З S? З О2; S – концентрація парів S; З О2 - конц-я парів О 2; К – константа швидкості реакції. Загальну концентрацію парів S і 2 оп-ют: З S= а(1-х); З О2= b - 2ах; а – початкова концентрація пар S; b - початкова конц-я парів Про 2; х – ступінь окислення пар S. Тоді:

К∙τ= (2,3 /(b – 2a)) ∙ (lg(b – ax/b(1 - x)));

Константа швидкості реакції окиснення S до SО 2: lgK= В – А/Т;

Краплі сірки d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100мкм у вибуховому, дільниці 100-160 мкм час горіння крапель не збільшується.

Т.о. для інтенсифікації пр-са горіння доцільно розпорошувати сірку на краплі d=130-200імкм, що потребує витрат додаткової енергії. При спалюванні однієї й тієї ж кіл-ва S получ. SО 2 тим концентрованішим, що менший обсяг пічного газу і чим вищий його t.

1 - З О2; 2 - З SО2

На рис.показано наближену залежність між t і концентрацією SO 2 в пічному газі, що утворився при адіабатичному спалюванні сірки в повітрі. На практиці отримують висококонцентровану SO 2 обмежену тим, що при t > 1300 швидко руйнується футерування печі та газоходів. Крім того, в цих умовах можуть відбуватися побічні реакції між O 2 і N 2 повітря з утворенням оксидів азоту, який є небажаною домішкою в SO 2 тому зазвичай в сірчаних печах підтримується t=1000-1200. А пічні гази містять 12-14 об% SO 2 . З одного об'єму O 2 утворюється один об'єм SO 2 тому максимальний теоретичний вміст SO 2 в випалювальному газі при спалюванні S в повітрі 21%. При спалюванні S у повітрі випал. O 2 вміст SO 2 газової сумішіможе зростати в залежності від концентрації O2. Теоретичний зміст SO 2 при спалюванні S у чистому O 2 може досягти 100%. Можливий склад випалювального газу, отриманого при спалюванні S у повітрі та в різних киснево-азотних сумішах представлена ​​на малюнку:

Печі для спалювання сірки

Спалювання S в сірчанокислотному виробництві осущ-т в печах в розпорошеному або тв сост-ии. Для спалювання розплавл-ої S ісп-т форсуночні, циклонні та вібрацій-е печі. Найбільш широко застосовуються циклонні і форсуночні. Ці печі класиф-ють за ознаками:- за типом встановлених форсунок (механіч-е, пневматич-е, гідравліч-е) та їх розташ-ю в печі (радіальне, тангенсальне); - наявність екранів усередині топкових камер; - за виконанням (гориз-і, вертик-е); - за розташ-ю вхід-х отворів для подачі повітря; - за пристроями для перемішування-я потоків пов-а з парами S; - по облад-ю для испльз-я тепла горіння S; - за кількістю камер.

Форсункова піч (рис)

1 - сталевий циліндр, 2 - футерування. 3 – азбест, 4 – перегородки. 5-форсунка для розпилення палива, 6-форсунки для розпилення сірки,

7 - короб для підведення повітря у піч.

Має достатньо просту конструкцію, Легко в обслуж-ии, у ній образ-ся газ, постій-й концен-ии SO 2 . До серйозних недост-мвідносять: поступ-е разруш-е перегородок з-за вис-х t; низький теплонапруж-е камери горіння; Проблема получ-я газу високої концен-ии, т.к. ісп-ся великий надлишок возд-а; залежність проц-а проведення спалювання від кач-ва розпилення S; значний витрата палива при пуску і розігріванні печі; порівняє великі габарити і маса, і як наслідок означає капіталовкладення, похідні площі, експлуатаційні витрати і великі втрати тепла в окр-ю середу.

Більш досконалий-ми явл-ся циклонні печі.

1 – форкамера, 2 – повітряний короб, 3, 5 – камери допалювання, 4. 6-перетискні кільця, 7, 9 – сопла для подачі повітря, 8, 10 – форсунки для подачі сірки.

Дост-ва:тангенціальне введення пов-а і S; забезпечує рівномірне спалювання S печі за рахунок кращої турбулізації потоків; мож-ть отримання концен-го технологічного газу до 18об% SO 2 ; високе теплове напряж-е топкового простору (4,6 10 6 Вт/м 3); обсяг апп-та зменш-ся в 30-40 разів у порівнянні-ю ​​з обсягом форсуночної печі тієї ж продуктивності; постійна концен-я SO 2 ; просте регулю-я проц-а горіння S та його автоматизація; малі витрати часу та пального матеріалу на розігрів та пуск печі після тривалої остан-ки; менший вміст оксидів азоту після печі Основні тижніпов'язані з високим t в проц-е горіння; можливе розтріскування футерування та зварних швів; незадовлет-е розпорошення S призводить до проскоку її парів в т/обмін-му облад-і після печі, а слід-но до корозії облад-я і непостійності t на вході в т/обмін-е облад.

Розплавлення S може надходити в піч через форсунки з тангенсальним або осьовим розташуванням. При осьовому розташуванні форсунок зона горіння нахся ближче до периферії. При танген-м - ближче до центру, завдяки чому зменшується дію високих t на футеровку. (Рис) Швидкість газового потоку сост-ет 100-120м / с - це створює сприятливе-е умова для масо-і теплообміну, і вік-т швидкість горіння S.

Вібраційні печі (рис).

1 – головка печі пальника; 2 – поворотні клапани; 3 – вібраційний канал.

При вібрац-му горінні періодично змін-ся всі параметри проц-а (давл в камері, швидкість і склад газової суміші, t). Пристрій для вібрац. горіння S наз-ся піч-пальник. Перед піччю відбувається змішання S і пов-а, і вони під-ся через зворотні клапани (2) в головку печі-пальника, де відбувається спалювання суміші. Подача сировини осущ-ся порціями (проц-с циклічний). У цьому варіанті печі істотно збільш-ся теплонапруж-е і швидкість горіння, але перед запаленням суміші необ-мо хороше змішання розпорошеної S з пов-м, щоб проц-с пішов миттєво. І тут продукти горіння добре перемеш-ся, газова плівка SO 2 , що оточує частки S руйнується і полегшує доступ нових порцій Про 2 у зоні горіння. У такій печі утворюється SO 2 не сод-т не згорілих частинок, його концен-я на вих висока.

Для циклон-й печі в порівнянні з форсунковою харак-но в 40-65разів більше теплове напряж-е, воз-ть отримання більш концен-ного газу і велика паропроизвод-ть.

Найважливішим облад-м для печей спалювання жид S явл форсунки, кіт повинні забезпечити тонке і рівномірне розпилення жид S, хороше змішання її з пов-м в самій форсунці і за нею, швидке регулю-е витрати жид S з збереж-ем необх-го соотнош-я її з повд-м, стійкість определ-ой форми, довжини факела, а також мати міцну конструкцію, надійну і зручну в експлуатації. Для безперебійної роботи форсунок важливо, щоб S була добре очищена від золи та бітумів. Форсунки бувають механіч-го (жид під власним тиском) і пневматич-го (у розпиленні ще бере участь повітря) дії.

Утилізація теплоти горіння сірки.

Реакція сильно екзотермічна, в результаті відбувається виділення великої кількості тепла і газу на виході з печей становить 1100-1300 0 С. Для контактного окислення SO 2 температура газу на вході в 1-ий шар ка-тра не повинна перевищувати 420 - 450 0 С. Тому перед стадією окислення SO 2 необхідно охолодження газового потоку та утилізації надлишкового тепла. У сірчано-кислотних системах, що працюють на сірці для утилізації теплоти, найбільше розповсюдження отримали водотрубні котли утилізатори з природною циркуляцією тепла. СЕТА - Ц (25 - 24); РКС 95/4,0 - 440.

Енерготехнологічний котел РКС 95/4,0 – 440 водотрубний, з природною циркуляцією, газощільний котел, розрахований на роботу з наддувом. Котел складається з випарних пристроїв 1-го 2-го ступеня, винесених економайзерів 1,2 ступеня, винесених пароперегрівачів 1,2 ступеня, барабана, топок для спалювання сірки. Топка призначена для спалювання до 650 т жид. Сірки на добу. Топка і двох циклонів, соед-ых щодо ін. друга під кутом 110 0 і перехідної камери.

Внутрішній корпус діаметром 2,6 м вільно опирається на опори. Зовнішній корпус діаметром 3 м. Кільцеве простір обр-ое внутрішнім і зовнішнім корпусом вводиться повітря, яке потім через сопла надходить у камеру згоряння. Сірка подається в топку за допомогою 8 сірчаних форсунок по 4 на кожному циклоні. Спалювання сірки відбувається у закрученому газоповітряному потоці. Завихрення потоку досягається тангінсіальним введенням повітря в топковий циклон через повітряні сопла по 3 у кожному циклоні. Кількість повітря регулюється заслінками з електроприводом кожному повітряному сопле. Перехідна камера призначена для направлення газового потоку з горизонтальних циклонів вертикальний газохід випарного пристрою. Внутрішня поверхня топки футована муліто-корундовою цеглою марки МКС - 72, товщиною 250 мм.

1 – циклони

2 - перехідна камера

3 – випарні пристрої