Способ получения элементарной серы Советский патент 1984 года по МПК C01B17/04 

ю ел

00 сх Изобретение относится к способам получения элементарной серы из сернистых газов и может применяться для переработки отходящих газов предприятий цветной металлургии, энергетических установок и других производств. Известен способ получения элементарной серы из газов, содержащих сернистый ангидрид, путем взаимодействия их с углеводородами, например природным газом, на катализаторе или без него при 500- 1300°С с последующим охлаждением образующихся газообразных продуктов 1. При получении по зтому способу серы из технологических сернистых газов, например из отходящего газа автогенной плавки, степень конверсии сернистого ангидрида в элементарную серу не превышает 55 отн.%, наблюдается значительный выход побочных продуктов: сероводорода 3-8 об.%, сероокиси углерода 0,2-3 об.%, сажи и т.д. Наиболее близким к изобретению является способ термической переработки сернистых газов метаном с получением элементарной серы, согласно которому определяют содержание в перерабатываемом газе двуокиси серы и молекулярного кислорода, а подачу восстановителя (метана) осуществляют при 1100-1300°С по стехиометрии к сумме двуокиси серы и кислорода, т.е. в количестве, вдвое меньщем суммы молей двуокиси серы и молекулярного кислорода в перерабатываемом газе. Использование этого способа обеспечивает при получении серы из модельного сернистого газа, содержащего молекулярного кислорода до 5% двуокиси серы до 25%, остальное азот, относительный выход элементарной серы 60- 65°/о и присутствие в продуктах восстановления сероводорода, сероокиси углерода и двуокиси серы. Подачу восстановителя по этому способу осуществляют без учета содержания в сернисто.м газе влаги и двуокиси углерода, смещающих равновесие процесса в сторону образования побочных продуктов. При переработке, например, отходящих сернистых газов автогенной плавки, относительный выход элементарной серы не превышает 50--55%, а среди продуктов конверсии содержатся непрореагировавшие двуокись серы, сероводород, сероуглерод, сероокись углерода, окись углерода и остатки восстановителя в виде молекулярного водорода и сажи, суммарное, содержание которых может превысить 15-20 об.%. Получаемая газовая смесь чрезвычайно агрессивна в коррозионном отношении 2. Целью изобретения является сокращение расхода восстановителя и снижение выхода побочных продуктов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения элементарной серы из газа, содержащего сернистый ангидрид, включающему подачу восстанови18J теля, например природного газа, при 1100-1300°С, восстановитель подают в количестве, .меньшем стехиометрического на четверть абсолютной разности между содержанием воды и удвоенным содержанием, двуокиси углерода в исходных газах. Согласно известно.му способу подачу восстановителя в процессе получения элементарной серы из кислородсодержащего сернистого газа при повышенной температуре осуществляют согласно стехиометрии целевых реакций: восстановления серы 2SO2-f ,О+СОг-f 25,,л. и связывания молекулярного кислорода 20 + СН - 2НгО -f СО, исходя из чего необходимое количество восстановителя в известном способе определяется в отношении 0,5 к суммарному содержанию двуокиси серы и молекулярного кислорода. Присутствие в реальном технологическом газе воды и двуокиси углерода увеличивает исходные соотношения элементов Н/О и С/О в газовой смеси и при подаче восстановителя в стехиометрическом отношении 0,5 к исходно.му сум.марному содержанию молекулярного кислорода и двуокиси серы нарушаются оптимальные условия ведения процесса восстановления. Этот нежелательный эффект компенсируется в предлагаемом способе путем дополнительного определения в исходном сернистом газе содержания двуокиси углерода и. воды и подачей востановителя с учетом содержания в сернистом газе также этих компонентов. При этом необходимый расход восстановителя определяют грн .. - . Оптимальное количество восстановителя, определяемое по предлагаемому способу для переработки реальных сернистых газов, содержащих влагу НгО и двуокись углерода СОг, существенно меньше стехиометрического. Пример. В цилиндрический реактор из нержавеющей стали объемом 1150 см помещенный в силитовую печь и нагретый до 1250°С, подают 444 нл/ч исходного сернистого газа, содержащего, %: двуокиси серы 16,7; молекулярного кислорода 11,2; двуокиси углерода 2,1; водяного пара 11,2 (расход жидкой воды составлял 0,75 мл/мин) и об. азота 53. При этом суммарное содержание двуокиси серы и молекулярного кислорода составляет 27,9 об.%, а необходимое для получения серы по известному способу стехиометрическое количество метана составляет 62,2 нл/ч (14%). Процесс получения элементарной серы из сернистого газа осуществляют путем подачи восстановителя при указанных условиях в течение 2;ч,.причем в качестве воестановителя используют природный газ с содержанием метана 98,8 об.%. Восстановитель подают в количестве, меньшем стехиометрического (14%). Необходимое количество восстановителя согласно предлагаемому способу меньше стехиометрического () на четверть абсолютной разности между содержанием воды (11,2%) и удвоенным содержанием двуокиси углерода (2х 2,1%) и составляет в данном случае 140/0lylzJ J L 12,3% относительно количества исходного синтетического газа. содержащего сернистый ангидрид. Поэтому согласно предлагаемому способу в реактор подают метан 55,5 нл/ч (12,5%) т.е. меньше, чем требуется согласно известному способу, (пример 1) на 10%. Температуру газа внутри реактора контролируют термопарой, расход газов на входе в реактор задают с помош.ью реометров и ротаметров, контроль состава таза на входе в реактор и выходе осуществляют хроматографически (использовались хроматографы типа ЛХМ-8МД). Вода подается в жидком виде в смеситель, где испаряется и смешивается с газом, содержащим сернистый ангидрид; ее расход контролируется микробюреткой. Элементарная сера, вода и углерод (в виде сажи) на выходе из реактора собирается в конденсаторе; их количество контролируют взвешиванием. Основные показатели предлагаемого и известного способов (расход восстановителя, состав газовой смеси на выходе из реактора, а также выход элементарной серы и общая степень конверсии сернистого ангидрида), определяющиеся по данным весового и хроматографического анализа, приведены в табл. 1-3 применительно к переработке сернистых газов с различными исходными составами. Как следует из представленных результатов лабораторных испытаний процесса получения элементарной серы метаном, дополнительное определение в сернистом газе содержания воды и двуокиси углерода и оптимизация подачи восстановителя согласно предлагаемому способу позволяет уменьщить его расход. Технико-экономические преимущества предлагаемого способа наглядно представлены в табл. 4, где его удельные показатели сравниваются с показателями известного способа. Использование изобретения позволяет по сравнению с известным способом получить элементарную серу из сернистых газов при повышенной температуре, уменьщить относительный расход восстановителя на 2-25% понизить на 30-80% выход побочных продуктов: сернистого ангидрида, (сероводорода и сероокиси углерода), что позволяет снизить выброс вредных веществ в атмосферу, а также исключить образование сажи и. следствие, повысить качество получаемой серы. т а б л и ц а 1/

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ из газа, содержащего сернистый ангидрид, путем восстановления последнего природным газом при 1100- 1300°С, отличающийся тем, что, с целью сокраш.ения расхода восстановителя и снижения выхода побочных продуктов, природный газ на восстановление подают в количестве, меньшем стехиометрического на четверть абсолютной разности между содержанием воды и удвоенным содержанием двуокиси углерода в исходных газах.

Расход восстановителя,

Ш1/Ч.62,255,5

отн. /

Состав исходного газа,

I:

Состав гагза на выходе

и реактора, %:

Лзота44,7

16,7

Двуокиси серы

Сероводорода3,3

2,1

Двуокиси углерода 12,8 Окиси углерода 0,5

Сероокиси углерода0,7

Серы (двухатомной)4,3

Воды29,7

Сажи (в пересчете на

атомарный углерод)О,05

Общая степень конверсии,

отн. %86

Выход элементарной серы, отн, %60

14,0

12,5

43 2,3

2,0

2,9

10,8

0,2

0,3 4,5 27,7

61

Расход синтетического Расход иосстановителя

Таблица 2

Расход восстановителя на 1 т элементарной серы, нм

28 9,3 - 8,3 1,2

Таб.лица 4

587

817