СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ Российский патент 1997 года по МПК C01B17/04 

Изобретение относится к способам получения серы из сернистых газов, например, из отходящих газов, образующихся при плавке металлургического сырья и может быть использовано на предприятиях цветной металлургии.

Известен способ получения элементарной серы путем восстановления сернистого ангидрида природным газом непосредственно в аптейке печи при плавке металлургического сырья. Отходящие металлургические газы, содержащие сернистый ангидрид, поступают со скоростью 0,3 0,4 м/с в аптейк печи, выполненный в виде вертикальной шахты прямоугольного сечения и выложенный огнеупорным кирпичом. В поток металлургических газов при прохождении через аптейк снизу вверх вводится в поперечном направлении в виде отдельных струй природный газ [1] Так как металлургические газы выходят из плавильной зоны при 1200 - 1400^oC дополнительного расхода природного газа для разогрева газовой смеси не требуется, что в значительной степени повышает технико-экономические показатели процесса.

Однако данный способ имеет существенные недостатки, которые заключаются в трудности смешения значительных объемов металлургических газов с природным газом. Это определяется тем, что, с целью обеспечения минимального гидравлического сопротивления газоходного тракта скорость металлургических газов в аптейке должна быть не более 0,5 м/с.

При низких скоростях прохождения металлургических газов обеспечить их эффективное перемещение с природным газом является сложной проблемой. Это приводит к необходимости применения сложной системы фурм с регулирующей арматурой для подачи природного газа.

Дополнительные сложности при реализации данного способа получения серы возникают при изменении производительности металлургического агрегата, когда меняется расход металлургических газов. В этом случае при необходимости условии сохранения скорости ввода природного газа в аптейк, соответственно требуется изменить количество струй. Все это неизбежно приводит к снижению степени конверсии сернистого ангидрида в серу и загрязнению атмосферы сернистыми газами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения элементарной серы из сернистых газов, полученных при плавке сульфидного сырья в металлургических агрегатах, согласно которого в отстойную зону металлургического агрегата при 1350 1450^oC подают воду и природный газ в количестве 20 40 об. от общего расхода, а остальную часть природного газа направляют в аптейк печи под углом 20 - 70^o к потоку технологических газов с двух противоположных сторон аптейка печи встречными струями, например, через газовые горелки, расположенные в шахматном порядке. Выходящие из аптейка восстановленные газы, содержащие серу, сероводород, сероокись углерода и непрореагировавший сернистый ангидрид перерабатывают на последующих стадиях в серу методом Клауса [2]
При промышленной реализации процесса были выявлены существенные недостатки известного способа, затрудняющие его осуществление. Так, при подаче холодного природного газа (5 20^oC) в отстойную зону даже в количестве ≃ 10 от необходимого расхода для восстановления сернистого ангидрида вызывало охлаждение расплава шлака, нарушало температурный режим в отстойной зоне. При этом увеличивалось настылеобразование в аптейке и в примыкающем к нему котле-утилизаторе, что приводило к снижению степени конверсии сернистого ангидрида и нарушало температурный режим.

Цель изобретения повышение степени конверсии сернистого ангидрида в серу и стабилизация температуры процесса. Поставленная цель достигается тем, что в способе получения серы из сернистых газов, образующихся при взвешенной плавке сульфидного сырья в металлургических агрегатах путем восстановления их природным газом, подаваемым в аптейк печи и в отстойную зону печи над расплавом в смеси с кислородсодержащим газом, с последующей доработкой восстановленных газов методом Клауса, согласно данному предложению, в отстойную зону печи подают природный газ в количестве 1,05 1,3 от стехиометрического соотношения по кислороду с поддержанием его избыточного количества 0,5 4,0 от количества природного газа, подаваемого в аптейк.

Технические решения, имеющие признаки, отличающие предлагаемый способ от прототипа, в литературе не выявлены.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

В отстойную зону металлургического агрегата при температуре 1300 - 1400^oC подают природный газ и кислородсодержащий газ через фурмы непосредственно над расплавом. При этом природный газ подают в количестве 1,05 1,3 от стехиометрического соотношения по кислороду с поддержанием его избыточного содержания 0,5 4,0 от количества природного газа, подаваемого в аптейк металлургического агрегата.

При подаче природного газа в отстойную зону в количестве более 1,3 резко возрастает возможность деструкции природного газа и образования сажистого углерода. Кроме того, имеет место переохлаждение расплава.

При подаче природного газа в отстойную зону менее 1,05 снижается степень конверсии сернистого ангидрида в элементарную серу вследствие его недостаточного количества.

Подача в отстойную зону природного газа в избыточном количестве менее чем 0,5 от общего расхода природного газа в аптейк не дает заметного эффекта, так как обычно в металлургическом газе присутствует кислород из-за неполноты его усвоения при плавке. Поэтому ввод природного газа в отстойную зону в количестве менее, чем 0,5 приводит к тому, что он реагирует в первую очередь с кислородом, а на реакцию с сернистым ангидридом его уже не хватает, что приводит к снижению степени конверсии сернистого ангидрида в элементарную серу. Ввод природного газа в отстойную зону в количестве более 4,0 от расхода природного газа в аптейк вызывает нарушение температурного режима расплава и в аптейке. Поступающий природный газ в количестве более, чем 4,0 вызывает охлаждение расплава, что требует изменения режима плавки и работы всего металлургического агрегата. Необходимо также отметить, что в этих условиях имели место повышенный пылевынос и настылеобразование в котле-утилизаторе.

В отстойной зоне над расплавом природный газ последовательно реагирует с кислородом и затем с сернистым ангидридом. Продукты реакций поступают в аптейк, где сернистый ангидрид восстанавливается основным количеством природного газа с образованием серы, сероводорода, сероокиси углерода, окиси углерода, водорода и водяных паров. Состав восстановленного газа в основном по содержанию сероводорода и остаточного количества сернистого ангидрида регулируется расходом природного газа, подаваемым в аптейк. После охлаждения восстановленного газа в котле утилизаторе и очистки от пыли в сухих электрофильтрах газы дополнительно охлаждаются в конденсаторе до 150 - 170^oC для выделения серы. После конденсации серы газы подаются на установку Клауса для доизвлечения серы за счет взаимодействия сернистых соединений по реакциям

Пример. При плавке медно-никелевого сырья в агрегате взвешенной плавки с использованием технического кислорода образуется ≈ 50000 нм³/ч металлургических газов с содержанием ≈ 35 сернистого ангидрида. На восстановление сернистого ангидрида с получением серы подавали ≈ 9000 нм³/ч природного газа. В отстойную зону печи подавали 2000 нм³/ч природного газа и кислородсодержащий газ с содержанием кислорода 3600 нм³/ч.

Количество природного газа от стехиометрического по кислороду составляло

где 1800 нм³/ч стехиометрическое количество природного газа по отношению к кислороду.

Количество природного газа, реагирующее с сернистым ангидридом в отстойной зоне над расплавом, составляло 200 нм³/ч или от количества природного газа, подаваемого в аптейк агрегата взвешенной плавки.

При этом температура как в отстойной зоне, так и в аптейке поддерживалась стабильно на уровне 1350^o. Степень конверсии сернистого ангидрида в серу устойчиво составляла 65% при общей степени конверсии 95 Данные сравнения предлагаемого способа с прототипом представлены в таблице ниже.

Таким образом, положительный эффект предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в повышении степени конверсии сернистого ангидрида в элементарную серу на 11 13 и обеспечении стабильности температуры.

Способ относится к получению серы из отходящих газов, образующихся при плавке металлургического сырья. С целью повышения степени конверсии сернистого ангидрида в серу и стабилизации температуры процесса, в отстойную зону печи подают природный газ в количестве 0,5 - 4,0 % от общего объема природного газа, подаваемого в процессе при поддержании в нем объемного отношения CH₄/O₂ = 1,05 - 1,3. Степень конверсии SO₂ в D на термической стадии составляет 64 - 65 %. 1 табл.

Способ получения элементарной серы из сернистого газа, образующегося при взвешенной плавке сульфидного сырья в металлургических агрегатах, включающий восстановление сернистого ангидрида природным газом, подаваемым в аптейк печи и в отстойную зону печи над расплавом в смеси с кислородсодержащим газом, и последующую переработку восстановленного газа по методу Клауса, отличающийся тем, с целью повышения степени конверсии сернистого ангидрида и стабилизации температуры процесса, в отстойную зону природный газ подают в количестве 0,5-4% от общего объема подаваемого в процесс природного газа при поддержании в нем объемного отношения CH₄/O₂=1,05 1,3.