Изгаряне на сяра в сух въздух и оползотворяване на топлина за производство на пара. Характеристики на сярата, нейното взаимодействие с метали, халогени и кислород

Зависимост на степента на дисоциация на серните пари от температурата.

Изгарянето на сярата е сложен процес поради факта, че сярата има молекули с различен брой атоми в различни алотропни състояния и голяма зависимост на нейните физикохимични свойства от температурата. Механизмът на реакцията и добивът на продуктите се променят както с температурата, така и с налягането на кислорода.

Пример за зависимостта на точката на оросяване от съдържанието на CO2 в продуктите на горенето.

Изгарянето на сярата при 80°C е възможно по различни причини. Все още няма твърдо установена теория за този процес. Предполага се, че част от това се случва в самата пещ при висока температура и с достатъчен излишък на въздух. Изследванията в тази насока (фиг. 6б) показват, че при малки излишъци на въздух (от порядъка на cst 105 и по-ниски), образуването на 80 s в газове рязко намалява.

Изгарянето на сярата в кислород протича при 280 С, а във въздуха при 360 С.

Изгарянето на сяра се извършва в целия обем на пещта. В този случай газовете се получават по-концентрирани и обработката им се извършва в апарати с по-малки размери, а пречистването на газовете почти се елиминира. Серният диоксид, получен чрез изгаряне на сяра, в допълнение към производството на сярна киселина, се използва в редица индустрии за почистване на маслени фракции като хладилен агент, в производството на захар и др. SCb се транспортира в стоманени цилиндри и резервоари в течност състояние. Втечняването на SO2 се извършва чрез компресиране на предварително изсушен и охладен газ.

Изгарянето на сярата става в целия обем на пещта и завършва в камерите, образувани от прегради 4, където се подава допълнителен въздух. От тези камери се отделя горещ газ от пещта, съдържащ серен диоксид.

Изгарянето на сяра се наблюдава много лесно в механични пещи. На горните етажи на пещите, където има много FeS2 в горящия материал, целият пламък е оцветен в синьо - това е характерният пламък при изгаряне на сяра.

Процесът на изгаряне на сярата се описва с уравнението.

Изгарянето на сярата се наблюдава през наблюдателно стъкло в стената на пещта. Температурата на стопената сяра трябва да се поддържа в рамките на 145 - 155 C. Ако продължите да повишавате температурата, вискозитетът на сярата постепенно се увеличава и при 190 C се превръща в гъста тъмнокафява маса, което я прави изключително трудна за изпомпване и спрей.

Когато сярата гори, има една молекула кислород на атом сяра.

Схема на комбинирана система с контактна кула, използваща естествена кулова киселина като суровина.

При изгарянето на сярата в пещта се получава серен диоксид за печене със съдържание около 14% S02 и температура на изхода от пещта около 1000 C. При тази температура газът постъпва в котела за отпадна топлина 7, където пара се получава чрез понижаване на температурата й до 450 C. Серният диоксид със съдържание от около 8% SO2 трябва да бъде изпратен към контактния апарат 8, следователно, след котела за отпадна топлина, част от газа или целият газ от горенето се разрежда до 8% SO2 с въздух, нагрят в топлообменника 9. В контактния апарат 50 - 70% от серен анхидрид се окислява до серен анхидрид.

От Уикипедия.

Пожарни свойства на сярата.
Фино смляната сяра е склонна към химическо самозапалване при наличие на влага, при контакт с окислители, а също и в смеси с въглища, мазнини и масла. Сярата образува експлозивни смеси с нитрати, хлорати и перхлорати. Запалва се спонтанно при контакт с белина.

Пожарогасителни средства: воден спрей, въздушно-механична пяна.

Според W. Marshall серният прах се класифицира като експлозивен, но за експлозия е необходима достатъчно висока концентрация на прах - около 20 g / m³ (20 000 mg / m³), тази концентрация е многократно по-висока от максимално допустимата концентрация за човек във въздуха на работната зона - 6 mg/m³.

Парите образуват експлозивна смес с въздуха.

Изгарянето на сярата протича само в разтопено състояние, подобно на изгарянето на течности. Горният слой от горяща сяра кипи, създавайки пари, които образуват слаб пламък с височина до 5 см. Температурата на пламъка при изгаряне на сяра е 1820 ° C.

Тъй като въздухът по обем се състои от приблизително 21% кислород и 79% азот, а при изгаряне на сяра се получава един обем SO2 от един обем кислород, максималното теоретично възможно съдържание на SO2 в газовата смес е 21%. На практика изгарянето протича с известен излишък на въздух, а обемното съдържание на SO2 в газовата смес е по-малко от теоретично възможното, обикновено 14 ... 15%.

Откриването на изгаряне на сяра от противопожарна автоматика е труден проблем. Пламъкът е труден за откриване с човешко око или видеокамера, спектърът на синия пламък е предимно в ултравиолетовия диапазон. Топлината, генерирана при пожар, води до температури, по-ниски от пожарите на други често срещани запалими вещества. За да откриете горене с топлинен детектор, е необходимо да го поставите директно близо до сярата. Пламъкът от сяра не излъчва в инфрачервения диапазон. По този начин той няма да бъде открит от обикновените инфрачервени детектори. Те ще открият само вторични пожари. Сярният пламък не отделя водни пари. Следователно ултравиолетовите детектори за пламък, използващи никелови съединения, няма да работят.

За спазване на изискванията за пожарна безопасност в складовете за сяра е необходимо:

Конструкциите и технологичното оборудване трябва редовно да се почистват от прах;
помещението за съхранение трябва да се вентилира постоянно чрез естествена вентилация с отворени врати;
раздробяването на серни бучки върху решетката на бункера трябва да се извършва с дървени чукове или инструмент, изработен от неискрящ материал;
конвейерите за подаване на сяра към производствените съоръжения трябва да бъдат оборудвани с детектори за метал;
в местата за съхранение и използване на сяра е необходимо да се осигурят устройства (страни, прагове с рампа и др.), които гарантират, че при авария сярната стопилка не се разпространява извън помещението или откритата площ;
в склада за сяра се забранява:
извършване на всички видове работа с използване на открит огън;
съхраняват и съхраняват намаслени парцали и парцали;
при ремонт използвайте инструмент от искрищ материал.

Чистата сяра се подава през отопляем тръбопровод от надлеза до колектора. Източникът на течна сяра в отделението за печене може да бъде както уредът за топене и филтриране на букова сяра, така и уредът за източване и съхранение на течна сяра от железопътни цистерни. От колектора през междинен колектор с капацитет 32 m3 сярата се изпомпва през пръстеновиден серен тръбопровод към котелния агрегат за изгаряне в поток от сух въздух.

Когато сярата се изгаря, серен диоксид се образува чрез реакцията:

S(течност) + O2(газ) = SO2(газ) + 362,4 kJ.

Тази реакция протича с отделяне на топлина.

Процесът на изгаряне на течна сяра във въздушна атмосфера зависи от условията на изгаряне (температура, скорост на газовия поток), от физичните и химичните свойства (наличие на пепел и битумни примеси в нея и др.) и се състои от отделни последователни етапи:

смесване на капки течна сяра с въздух;

нагряване и изпаряване на капки;

образуване на газова фаза и запалване на газообразна сяра;

изгаряне на пари в газова фаза.

Тези етапи са неотделими един от друг и протичат едновременно и успоредно. Има процес на дифузионно изгаряне на сяра с образуването на серен диоксид, малко количество серен диоксид се окислява до триоксид. По време на изгарянето на сярата, с повишаване на температурата на газа, концентрацията на SO2 нараства пропорционално на температурата. При изгарянето на сярата се образуват и азотни оксиди, които замърсяват производствената киселина и замърсяват вредните емисии. Количеството на образуваните азотни оксиди зависи от начина на изгаряне на сярата, излишния въздух и температурата на процеса. С повишаване на температурата се увеличава количеството на образуваните азотни оксиди. С увеличаване на коефициента на излишък на въздух количеството на образуваните азотни оксиди се увеличава, достигайки максимум при коефициент на излишък на въздух от 1,20 до 1,25, след което намалява.

Процесът на изгаряне на сяра се извършва при проектна температура не повече от 1200ºC с подаване на излишен въздух към циклонните пещи.

При изгаряне на течна сяра се образува малко количество SO3. Общата обемна фракция на серен диоксид и триоксид в технологичния газ след котела е до 12,8%.

Чрез вдухване на студен изсушен въздух в газовия канал пред контактния апарат, процесният газ се охлажда допълнително и се разрежда до работните стандарти (общата обемна фракция на серен диоксид и триоксид е не повече от 11,0%, температурата е от 390 ° C до 420°C).

Течната сяра се подава към дюзите на циклонните пещи на горивния агрегат от две потопяеми помпи, едната от които е резервна.

Въздухът, изсушен в сушилната кула от вентилатор (един - работен, един - резервен) се подава към блока за изгаряне на сяра и разреждане на газа до работни стандарти.

Изгарянето на течна сяра в количество от 5 до 15 m 3 /h (от 9 до 27 t / h) се извършва в 2 циклонни пещи, разположени една спрямо друга под ъгъл от 110 градуса. и свързан към котела чрез съединителна камера.

За изгаряне се подава течна филтрирана сяра с температура от 135 ° C до 145 ° C. Всяка пещ има 4 дюзи за сяра с парна риза и една стартова газова горелка.

Температурата на газа на изхода на енергийния технологичен котел се контролира от дроселна клапа на горещия байпас, който пропуска газ от камерата за доизгаряне на циклоновите пещи, както и студен байпас, който пропуска част от въздуха покрай котелния агрегат в димоотвода след котела.

Водотръбен енергиен технологичен агрегат с естествена циркулация, еднопроходен за газ е предназначен за охлаждане на серни газове при изгаряне на течна сяра и генериране на прегрята пара с температура от 420 ° C до 440 ° C при налягане от 3,5 до 3,9 MPa.

Енергийният технологичен блок се състои от следните основни възли: барабан с вътрешнобарабанно устройство, изпарително устройство с конвективен лъч, тръбна охлаждаща рамка, пещ, състояща се от два циклона и преходна камера, портал, рамка за барабана. Паропрегревателят на 1-ва степен и економайзерът на 1-ва степен са обединени в един отдалечен блок, паропрегревателят на 2-ра степен и економайзерът на 2-ра степен са разположени в отделни отдалечени модули.

Температурата на газа след пещите пред изпарителния блок се повишава до 1170 o C. В изпарителната част на котела процесният газ се охлажда от 450 o C до 480 o C, след студения байпас температурата на газа намалява от 390 o C до 420 o C. Охладеният технологичен газ се насочва към следващия етап на производство на сярна киселина - окисление на серен диоксид до серен триоксид в контактен апарат.

Сяра (S)
атомно число	16
Външен вид на просто вещество	светложълто крехко твърдо вещество без мирис в чиста форма
Свойства на атома
Атомна маса (моларна маса)	32.066 а. е. м. (g/mol)
Радиус на атома	127 вечерта
Йонизационна енергия (първи електрон)	999,0 (10,35) kJ/mol (eV)
Електронна конфигурация	3s 2 3p 4
Химични свойства
ковалентен радиус	102 вечерта
Йонен радиус	30 (+6e) 184 (-2e) следобед
Електроотрицателност (според Полинг)	2,58
Потенциал на електрода	0
Състояния на окисление	6, 4, 2, -2
Термодинамични свойства на просто вещество
Плътност	2,070 g/cm³
Моларен топлинен капацитет	22,61 J/(K mol)
Топлопроводимост	0,27 W/(m K)
Температура на топене	386K
Топеща топлина	1,23 kJ/mol
Температура на кипене	717.824K
Топлина на изпарение	10,5 kJ/mol
Моларен обем	15,5 cm³/mol
Кристалната решетка на просто вещество
Решетъчна структура	орторомбичен
Параметри на решетката	a=10,437 b=12,845 c=24,369 Å
съотношение c/a	—
Температура на Дебай	няма К

С	16
32,066
3s 2 3p 4
Сяра

Сяра (Сяра- обозначение "S" в периодичната таблица) - силно електроотрицателен елемент, проявява неметални свойства. Във водородни и кислородни съединения той е част от различни йони, образува много киселини и соли. Много соли, съдържащи сяра, са слабо разтворими във вода.

Естествени серни минерали

Сярата е шестнадесетият най-разпространен елемент в земната кора. Среща се в свободно (нативно) състояние и свързана форма. Най-важните естествени серни съединения FeS2 са железен пирит или пирит, ZnS е цинкова бленда или сфалерит (вюрцит), PbS е оловен гланц или галенит, HgS е цинобър, Sb2S3 е антимонит. Освен това сярата присъства в нефта, природните въглища, природните газове и шистите. Сярата е шестият елемент в природните води, среща се главно под формата на сулфатен йон и причинява "постоянната" твърдост на прясната вода. В косата е концентриран жизненоважен елемент за висшите организми, неразделна част от много протеини.

История на откриването и произход на името

Сярата (Sulfur, френски Sufre, немски Schwefel) в естественото си състояние, както и под формата на серни съединения, е известна от древни времена. С миризмата на горяща сяра, задушаващия ефект на серен диоксид и отвратителната миризма на сероводород хората вероятно са се срещали в праисторически времена. Именно поради тези свойства сярата е била използвана от свещениците като част от свещения тамян по време на религиозни обреди. Сярата се смяташе за продукт на свръхчовешки същества от света на духовете или подземни богове. Преди много време сярата започна да се използва като част от различни горивни смеси за военни цели. Омир вече описва "серните изпарения", смъртоносния ефект на секретите от горяща сяра. Сярата вероятно е била част от "гръцкия огън", който ужасява противниците.

Около 8 век китайците започнаха да го използват в пиротехнически смеси, по-специално в смеси като барут. Запалимостта на сярата, лекотата, с която тя се свързва с металите, за да образува сулфиди (например върху повърхността на парчета метал), обяснява, че тя се е считала за "принципа на запалимостта" и незаменим компонент на металните руди. Презвитер Теофил (XII век) описва метод за окислително изпичане на сулфидна медна руда, вероятно известен в древен Египет.

През периода на арабската алхимия възниква живачно-сярната теория за състава на металите, според която сярата се счита за задължителна съставна част (баща) на всички метали. По-късно става един от трите принципа на алхимиците, а по-късно "принципът на горимостта" е в основата на теорията за флогистона. Елементарната природа на сярата е установена от Лавоазие в неговите експерименти с горене. С въвеждането на барута в Европа започва развитието на добива на естествена сяра, както и разработването на метод за получаването й от пирит; последното е често срещано в древна Русия. За първи път в литературата е описан от Агрикола. По този начин точният произход на сярата не е установен, но както беше споменато по-горе, този елемент е бил използван преди раждането на Христос, което означава, че е бил познат на хората от древни времена.

произход на името

Произход на латински сяранеизвестен. Руското име на елемента обикновено произлиза от санскритското "баща" - светло жълто. Може би връзката на "сяра" с еврейското "сераф" - множествено число на "сераф" - букви. изгаряне, а сярата гори добре. На староруски и старославянски "сярата" обикновено е горимо вещество, включително мазнини.

Произход на сярата

Големите натрупвания на естествена сяра не са толкова чести. По-често присъства в някои руди. Самородната сярна руда е скала, осеяна с чиста сяра.

Кога са се образували тези включвания - едновременно със съпровождащите ги скали или по-късно? От отговора на този въпрос зависи посоката на търсенето и проучвателните работи. Но въпреки хилядолетията комуникация със сярата, човечеството все още няма ясен отговор. Има няколко теории, чиито автори поддържат противоположни мнения.

Теорията за сингенезата (т.е. едновременното образуване на сяра и вместващи скали) предполага, че образуването на естествена сяра е станало в плитки водни басейни. Специални бактерии редуцират сулфатите, разтворени във вода, до сероводород, който се издига нагоре, влиза в окислителната зона и тук се окислява химически или с участието на други бактерии до елементарна сяра. Сярата се утаява на дъното и впоследствие съдържащата сяра утайка образува рудата.

Теорията за епигенезата (серни включвания, образувани по-късно от основните скали) има няколко варианта. Най-често срещаният от тях предполага, че подпочвените води, проникващи през скалните масиви, са обогатени със сулфати. Ако такива води влязат в контакт с находища на нефт или природен газ, тогава сулфатните йони се редуцират от въглеводороди до сероводород. Сероводородът се издига на повърхността и, окислявайки се, освобождава чиста сяра в празнини и пукнатини в скалите.

През последните десетилетия една от разновидностите на теорията за епигенезата, теорията за метасоматозата (на гръцки „метасоматоза“ означава заместване), намира все повече и повече потвърждения. Според него в дълбините непрекъснато се извършва трансформацията на гипс CaSO4-H2O и анхидрит CaSO4 в сяра и калцит CaCO3.

Тази теория е създадена през 1935 г. от съветските учени Л. М. Мирополски и Б. П. Кротов. В нейна полза говори по-специално такъв факт.

През 1961 г. в Ирак е открито находището Мишрак. Сярата тук е затворена в карбонатни скали, които образуват свод, поддържан от изходящи опори (в геологията те се наричат крила). Тези крила са съставени главно от анхидрит и гипс. Същата картина се наблюдава и на местното находище Шор-Су.

Геоложката оригиналност на тези находища може да се обясни само от гледна точка на теорията за метасоматизма: първичният гипс и анхидритът са се превърнали във вторични карбонатни руди, осеяни с естествена сяра. Важна е не само близостта на минералите - средното съдържание на сяра в рудата на тези находища е равно на съдържанието на химически свързана сяра в анхидрита. А изследванията на изотопния състав на сярата и въглерода в рудата на тези находища дадоха допълнителни аргументи на привържениците на теорията за метасоматизма.

Но има едно „но“: химията на процеса на превръщане на гипса в сяра и калцит все още не е ясна и следователно няма причина теорията за метасоматизма да се счита за единствената правилна. На земята дори и сега има езера (по-специално Сярно езеро близо до Серноводск), където се получава сингенетично отлагане на сяра и съдържащата сяра утайка не съдържа нито гипс, нито анхидрит.

Разнообразието от теории и хипотези за произхода на самородната сяра е резултат не само и не толкова от непълнотата на нашите знания, а от сложността на явленията, случващи се в дълбините. Дори от математиката в началното училище всички знаем, че различни пътища могат да доведат до един и същи резултат. Този закон важи и за геохимията.

Касова бележка

Сярата се получава главно чрез топене на естествена сяра директно на места, където се среща под земята. Сярните руди се добиват по различни начини - в зависимост от условията на възникване. Отлаганията на сяра почти винаги са придружени от натрупвания на отровни газове - серни съединения. Освен това не трябва да забравяме за възможността за спонтанното му запалване.

Добивът на руда по открит начин е както следва. Ходещите багери премахват слоеве от скали, под които лежи руда. Рудният слой се раздробява чрез експлозии, след което рудните блокове се изпращат в топилна фабрика за сяра, където сярата се извлича от концентрата.

През 1890 г. Херман Фраш предлага да се стопи сярата под земята и да се изпомпва на повърхността чрез кладенци, подобни на нефтените. Сравнително ниската (113°C) точка на топене на сярата потвърди реалността на идеята на Frasch. През 1890 г. започват тестове, които довеждат до успех.

Има няколко метода за получаване на сяра от серни руди: пара-вода, филтрация, термична, центробежна и екстракция.

Сярата също се намира в големи количества в природния газ в газообразно състояние (под формата на сероводород, серен диоксид). По време на екстракцията се отлага по стените на тръбите и оборудването, като ги дезактивира. Следователно той се улавя от газа възможно най-скоро след извличането. Получената химически чиста фина сяра е идеална суровина за химическата и каучуковата промишленост.

Най-голямото находище на самородна сяра с вулканичен произход се намира на остров Итуруп със запаси от категория A + B + C1 - 4227 хиляди тона и категория C2 - 895 хиляди тона, което е достатъчно за изграждане на предприятие с капацитет от 200 хиляди тона гранулирана сяра годишно.

Производители

Основните производители на сяра в Русия са предприятията на ОАО Газпром: ООО Газпром добыча Астрахан и ООО Газпром добыча Оренбург, които я получават като страничен продукт при пречистването на газа.

Физични свойства

Естествено прерастване на кристали от самородна сяра

Сярата се различава значително от кислородспособността да образува стабилни вериги и цикли от серни атоми. Най-стабилни са цикличните молекули S 8 с формата на корона, образуващи ромбична и моноклинна сяра. Това е кристална сяра - крехко жълто вещество. Освен това са възможни молекули със затворени (S4, S6) вериги и отворени вериги. Такъв състав има пластична сяра, кафяво вещество. Формулата за пластмасова сяра най-често се записва просто като S, тъй като, въпреки че има молекулна структура, тя е смес от прости вещества с различни молекули. Сярата е неразтворима във вода, някои от нейните модификации се разтварят в органични разтворители, като въглероден дисулфид. Сярата се използва за производство на сярна киселина, вулканизация на каучук, като фунгицид в селското стопанство и като колоидна сяра - лекарство. Също така, сярата в състава на сярно-битумни състави се използва за получаване на серен асфалт и като заместител на портландцимент - за получаване на серен бетон.S + O 2 \u003d SO 2

Използвайки спектрален анализ, беше установено, че всъщност процесът на окисление на сярата до диоксид е верижна реакция и протича с образуването на редица междинни продукти: серен моноксид S 2 O 2, молекулна сяра S 2, свободни серни атоми S и свободни радикали на серен моноксид SO.

При взаимодействие с метали образува сулфиди. 2Na + S = Na 2 S

Когато към тези сулфиди се добави сяра, се образуват полисулфиди: Na 2 S + S = Na 2 S 2

При нагряване сярата реагира с въглерод, силиций, фосфор, водород:
C + 2S = CS 2 (въглероден дисулфид)

Сярата се разтваря в алкали при нагряване - реакция на диспропорциониране
3S + 6KOH = K 2 SO 3 + 2K 2 S + 3H 2 O

Пожарни свойства на сярата

Фино смляната сяра е склонна към химическо самозапалване при наличие на влага, при контакт с окислители, а също и в смес с въглища, мазнини, масла. Сярата образува експлозивни смеси с нитрати, хлорати и перхлорати. Запалва се спонтанно при контакт с белина.

Пожарогасителни средства: воден спрей, въздушно-механична пяна.

Откриването на изгаряне на сяра е труден проблем. Пламъкът е труден за откриване с човешко око или видеокамера, спектърът на синия пламък е предимно в ултравиолетовия диапазон. Изгарянето става при ниска температура. За да откриете горене с топлинен детектор, е необходимо да го поставите директно близо до сярата. Пламъкът от сяра не излъчва в инфрачервения диапазон. По този начин той няма да бъде открит от обикновените инфрачервени детектори. Те ще открият само вторични пожари. Сярният пламък не отделя водни пари. Следователно ултравиолетовите детектори за пламък, използващи никелови съединения, няма да работят.

Тъй като въздухът по обем се състои от приблизително 21% кислород и 79% азот, а при изгаряне на сяра се получава един обем SO2 от един обем кислород, максималното теоретично възможно съдържание на SO2 в газовата смес е 21%. На практика горенето протича с известен излишък на въздух и обемното съдържание на SO2 в газовата смес е по-малко от теоретично възможното, обикновено 14 ... 15%.

Пожари в складове за сяра

През декември 1995 г. голям пожар избухна в открито съоръжение за съхранение на сяра, разположено в град Съмърсет Уест, Западен Кейп, Южна Африка, убивайки двама души.

На 16 януари 2006 г., около пет часа вечерта, в Череповецкия завод "Амофос" се запали склад със сяра. Общата площ на пожара е около 250 квадратни метра. Беше възможно да се елиминира напълно едва в началото на втората нощ. Жертви и ранени няма.

На 15 март 2007 г. рано сутринта избухна пожар в затворен склад за сяра в Балаковския завод за влакнести материали LLC. Площта на пожара е 20 кв.м. По пожара са работили 4 екипа на пожарната с личен състав от 13 души. Пожарът е потушен за около половин час. Няма вреда.

На 4 и 9 март 2008 г. възникна серен пожар в района на Атирау в съоръжението за съхранение на сяра на TCO в находището Тенгиз. В първия случай пожарът е потушен бързо, във втория случай сярата е горяла 4 часа. Обемът на изгаряните отпадъци от рафиниране на нефт, който според казахстанските закони включва сяра, възлиза на повече от 9 хиляди килограма.

През април 2008 г. край село Кряж, Самарска област, се запали склад, в който се съхраняваха 70 тона сяра. Пожарът е с втора категория на сложност. На място са отишли 11 екипа на пожарната и спасители. В този момент, когато пожарникарите са били близо до склада, все още е горяла не цялата сяра, а малка част от нея - около 300 килограма. Площта на запалването, заедно със сухите тревни площи, прилежащи към склада, възлиза на 80 квадратни метра. Пожарникарите успяха бързо да потушат пламъците и да локализират пожара: огнищата бяха затрупани с пръст и залети с вода.

През юли 2009 г. сяра изгоря в Днепродзержинск. Пожарът е възникнал в едно от коксохимическите предприятия в Баглийския квартал на града. Огънят е погълнал повече от осем тона сяра. Никой от служителите на завода не е пострадал.

Физически и химични основи на процеса на изгаряне на сяра.

Изгарянето на S става с отделяне на голямо количество топлина: 0,5S 2g + O 2g \u003d SO 2g, ΔH \u003d -362,43 kJ

Горенето е комплекс от химични и физични явления. В инсинератора човек трябва да работи със сложни полета от скорости, концентрации и температури, които е трудно да се опишат математически.

Изгарянето на разтопения S зависи от условията на взаимодействие и изгаряне на отделните капчици. Ефективността на горивния процес се определя от времето на пълно изгаряне на всяка частица сяра. Изгарянето на сярата, което се случва само в газовата фаза, се предшества от изпаряването на S, смесването на неговите пари с въздуха и нагряването на сместа до t, което осигурява необходимата скорост на реакцията. Тъй като изпарението от повърхността на капката започва по-интензивно само при определена t, всяка капка течна сяра трябва да се нагрее до тази t. Колкото по-високо е t, толкова повече време отнема загряването на капката. Когато над повърхността на капката се образува горима смес от пари S и въздух с максимална концентрация и t, възниква запалване. Процесът на изгаряне на капка S зависи от условията на горене: t и относителната скорост на газовия поток и физикохимичните свойства на течността S (например наличието на твърди пепелни примеси в S) и се състои от следните етапи: : 1-смесване на капки течност S с въздух; 2-нагряване на тези капки и изпарение; 3-термично разделяне на пари S; 4-образуване на газовата фаза и нейното запалване; 5-изгаряне на газовата фаза.

Тези етапи протичат почти едновременно.

В резултат на нагряване капка течен S започва да се изпарява, изпаренията на S дифундират в зоната на горене, където при високо t те започват активно да реагират с O 2 от въздуха, процесът на дифузионно изгаряне на S протича с образуване на SO 2.

При високо t скоростта на окислителната реакция S е по-голяма от скоростта на физическите процеси, така че общата скорост на процеса на горене се определя от процесите на масов и топлообмен.

Молекулярната дифузия определя спокоен, относително бавен процес на горене, докато турбулентната дифузия го ускорява. Тъй като размерът на капката намалява, времето за изпаряване намалява. Финото пулверизиране на серните частици и равномерното им разпределение във въздушния поток увеличава контактната повърхност, улеснява нагряването и изпарението на частиците. При горенето на всяка отделна капка S в състава на факела трябва да се разграничат 3 периода: аз- инкубация; II- интензивно парене; III- период на прегаряне.

Когато една капка гори, от повърхността й изригват пламъци, наподобяващи слънчеви изригвания. За разлика от конвенционалното дифузионно изгаряне с изхвърляне на пламък от повърхността на горяща капка, то се нарича "експлозивно изгаряне".

Изгарянето на капката S в режим на дифузия се осъществява чрез изпаряване на молекули от повърхността на капката. Скоростта на изпарение зависи от физичните свойства на течността и температурата на околната среда и се определя от характеристиката на скоростта на изпарение. В диференциален режим S свети в периоди I и III. Експлозивно изгаряне на капка се наблюдава само в периода на интензивно горене през период II. Продължителността на периода на интензивно горене е пропорционална на куба на първоначалния диаметър на капката. Това се дължи на факта, че експлозивното горене е следствие от процесите, протичащи в обема на капката. Характеристика на скоростта на горене изч. от f-le: Да се= /τ sg;

d n е началният диаметър на капката, mm; τ е времето на пълно изгаряне на капката, s.

Характеристиката на скоростта на горене на капка е равна на сумата от характеристиките на дифузия и експлозивно горене: Да се= K vz + K разл.; kvz= 0,78∙exp(-(1,59∙p) 2,58); K диф= 1,21∙p +0,23; K T2\u003d K T1 ∙ exp (E a / R ∙ (1 / T 1 - 1 / T 2)); K T1 - константа на скоростта на горене при t 1 \u003d 1073 K. K T2 - const. скорост на нагряване при t, различна от t 1 . Еа е енергията на активиране (7850 kJ/mol).

ТОГАВА. Основните условия за ефективно изгаряне на течния S са: подаването на цялото необходимо количество въздух към устието на факела, фино и равномерно разпръскване на течния S, турбулентност на потока и висока t.

Общата зависимост на интензивността на изпаряване на течност S от скоростта на газа и t: К 1= a∙V/(b+V); a, b са константи, зависещи от t. V - скорост газ, m/s. При по-високо t зависимостта на интензитета на изпарение S от скоростта на газа се дава от: К 1= K o ∙ V n ;

t, o C	lgK около	н
	4,975	0,58
	5,610	0,545
	6,332	0,8

С увеличаване на t от 120 до 180 o C, интензивността на изпарение на S се увеличава 5-10 пъти, а t 180 до 440 o C с 300-500 пъти.

Скоростта на изпарение при скорост на газа 0,104 m/s се определя от: = 8,745 - 2600/T (при 120-140 o C); = 7.346 -2025/T (при 140-200 o C); = 10.415 - 3480 / T (при 200-440 ° C).

За да се определи скоростта на изпарение S при всяко t от 140 до 440 ° C и скорост на газа в диапазона от 0,026-0,26 m / s, първо се намира за скорост на газа от 0,104 m / s и се преизчислява към друга скорост: lg = lg + n ∙ lgV `` /V ` ; Сравнението на стойността на скоростта на изпаряване на течната сяра и скоростта на горене предполага, че интензивността на горене не може да надвишава скоростта на изпарение при точката на кипене на сярата. Това потвърждава правилността на механизма на горене, според който сярата гори само в състояние на пара. Константата на скоростта на окисление на серните пари (реакцията протича по уравнението от втори ред) се определя от кинетичното уравнение: -dС S /d = К∙С S ∙С О2 ; C S е концентрацията на пари S; C O2 - конц-I пари O 2; K е константата на скоростта на реакцията. Общата концентрация на пари S и O 2 op-yut: C S= a(1-x); С O2= b - 2ax; a е началната концентрация на пари S; b - начална концентрация на O 2 пари; х е степента на окисление на парите S. Тогава:

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

Константата на скоростта на реакцията на окисление S до SO 2: lgK\u003d B - A / T;

относно C	650 - 850	850 - 1100
AT	3,49	2,92
НО

Капки сяра d< 100мкм сгорают в диффузионном режиме; d>100 µm в експлозив, в областта от 100-160 µm, времето за горене на капки не се увеличава.

Че. за интензифициране на процеса на горене е препоръчително да се пръска сяра в капчици d = 130-200 µm, което изисква допълнителна енергия. При изгаряне на същия брой получени S. SO 2 е толкова по-концентриран, колкото по-малък е обемът на пещния газ и толкова по-висока е неговата t.

1 - C O2; 2 - С SO2

Фигурата показва приблизителна връзка между t и концентрацията на SO 2 в пещния газ, получен от адиабатното изгаряне на сяра във въздуха. На практика се получава висококонцентриран SO 2, ограничен от факта, че при t > 1300 облицовката на пещта и газопроводите бързо се разрушава. В допълнение, при тези условия могат да възникнат странични реакции между O 2 и N 2 на въздуха с образуването на азотни оксиди, което е нежелан примес в SO 2, следователно t = 1000-1200 обикновено се поддържа в серни пещи. А пещните газове съдържат 12-14 об.% SO 2 . От един обем O 2 се образува един обем SO 2, следователно максималното теоретично съдържание на SO 2 в горивния газ при изгаряне на S във въздуха е 21%. При изгаряне на S във въздуха, стрелба. O 2 Съдържанието на SO 2 в газовата смес може да се увеличи в зависимост от концентрацията на O 2 . Теоретичното съдържание на SO 2 при изгаряне на S в чист O 2 може да достигне 100%. Възможният състав на газа за печене, получен чрез изгаряне на S във въздух и в различни смеси кислород-азот, е показан на фигурата:

Пещи за изгаряне на сяра.

Изгарянето на S при производството на сярна киселина се извършва в пещи в атомизирано или телевизионно състояние. За изгаряне на разтопения S използвайте дюзови, циклонни и вибрационни пещи. Най-широко използвани са циклон и инжектор. Тези пещи се класифицират според знаците:- според вида на монтираните дюзи (механични, пневматични, хидравлични) и разположението им в пещта (радиални, тангенциални); - чрез наличието на екрани вътре в горивните камери; - по изпълнение (хоризонти, вертикали); - според разположението на входящите отвори за подаване на въздух; - за устройства за смесване на въздушни потоци с S пари; - за съоръжения за използване на топлината на изгаряне S; - по брой камери.

Фурна с дюза (ориз)

1 - стоманен цилиндър, 2 - облицовка. 3 - азбест, 4 - прегради. 5 - дюза за пръскане на гориво, 6 дюзи за пръскане на сяра,

7 - кутия за подаване на въздух към пещта.

Има доста прост дизайн, лесен за поддръжка, има изображение на газ, постоянна концентрация на SO 2. До сериозни недостатъцивключват: постепенно разрушаване на преградите поради високи t; нисък топлинен стрес на горивната камера; трудност при получаване на газ с висока концентрация, т.к. използвайте голям излишък от въздух; зависимост на процента на изгаряне от качеството на пръскане S; значителен разход на гориво по време на стартиране и нагряване на пещта; сравнително големи размери и тегло и в резултат на това значителни капиталови инвестиции, производствени площи, експлоатационни разходи и големи топлинни загуби в околната среда.

По-перфектен циклонни пещи.

1 - предкамера, 2 - въздушна кутия, 3, 5 - камери за доизгаряне, 4. 6 щипкови пръстени, 7, 9 - дюзи за подаване на въздух, 8, 10 - дюзи за подаване на сяра.

Доставка:тангенциален вход на въздух и S; осигурява равномерно изгаряне на S в пещта поради по-добра турбулентност на потока; възможността за получаване на краен технологичен газ до 18% SO 2; високо термично напрежение на пространството на пещта (4,6 10 6 W / m 3); обемът на апарата се намалява 30-40 пъти в сравнение с обема на дюзова пещ със същия капацитет; постоянна концентрация SO 2; просто регулиране на горивния процес S и неговата автоматизация; ниско време и горим материал за нагряване и стартиране на пещта след дълго спиране; по-ниско съдържание на азотни оксиди след пещта. Основни седмицисвързано с високи t в процеса на горене; възможно напукване на облицовката и заварките; Незадоволителното разпръскване на S води до пробив на парите му в т/обменното съоръжение след пещта, а оттам и до корозия на съоръжението и непостоянство на t на входа на т/обменното съоръжение.

Разтопеният S може да влезе в пещта през тангенциални или аксиални дюзи. С аксиалното разположение на дюзите зоната на горене е по-близо до периферията. При допирателна - по-близо до центъра, поради което ефектът от високо t върху облицовката е намален. (ориз) Скоростта на газовия поток е 100-120 m / s - това създава благоприятни условия за пренос на маса и топлина, а скоростта на горене увеличава S.

Вибрираща фурна (ориз).

1 – глава на пещта на горелката; 2 - връщащи клапани; 3 - вибрационен канал.

По време на вибрационно горене всички параметри на процеса периодично се променят (налягане в камерата, скорост и състав на газовата смес, t). Уред за вибрации. изгаряне S се нарича пещ-горелка. Преди пещта S и въздухът се смесват и те преминават през възвратни клапани (2) в главата на пещта-горелка, където сместа се изгаря. Доставката на суровини се извършва на порции (процесите са циклични). В тази версия на пещта топлинната мощност и скоростта на горене се увеличават значително, но преди запалването на сместа е необходимо добро смесване на пулверизирания S с въздух, така че процесът да протече незабавно. В този случай продуктите от горенето се смесват добре, газовият филм SO 2, заобикалящ частиците S, се разрушава и улеснява достъпа на нови порции O 2 в зоната на горене. В такава пещ полученият SO 2 не съдържа неизгорели частици, концентрацията му е висока в горната част.

За циклонна пещ, в сравнение с пещ с дюза, тя се характеризира с 40-65 пъти по-голямо термично напрежение, възможност за получаване на по-концентриран газ и по-голямо производство на пара.

Най-важното оборудване за пещи за изгаряне на течност S е дюзата, която трябва да осигурява тънко и равномерно пръскане на течност S, добро смесване с въздуха в самата дюза и зад нея, бързо регулиране на скоростта на потока на течност S, докато поддържане на необходимото съотношение с въздуха, стабилността на определена форма, дължината на факлата, а също така имат солидна конструкция, надеждна и лесна за използване. За безпроблемната работа на дюзите е важно S да е добре почистена от пепел и битум. Дюзите са с механично (поддават се под собственото си налягане) и пневматично (въздухът все още участва в пръскането) с действие.

Използване на топлината от изгаряне на сярата.

Реакцията е силно екзотермична, в резултат на което се отделя голямо количество топлина и температурата на газа на изхода на пещите е 1100-1300 0 C. За контактно окисляване на SO 2 температурата на газа на входа на 1-во слой на cat-ra не трябва да надвишава 420 - 450 0 C. Следователно, преди етапа на окисление на SO 2, е необходимо да се охлади газовият поток и да се използва излишната топлина. В системите със сярна киселина, работещи със сяра за възстановяване на топлината, най-широко се използват водотръбни котли за възстановяване на топлина с естествена циркулация на топлина. СЕТА - С (25 - 24); RKS 95 / 4.0 - 440.

Енерготехнологичен котел RKS 95/4.0 - 440 е водотръбен, с естествена циркулация, газоуплътнен котел, предназначен за работа с херметизиране. Котелът се състои от изпарители 1 и 2 степен, дистанционни економайзери степен 1.2, дистанционни прегреватели степен 1.2, барабан, пещи за изгаряне на сяра. Пещта е предназначена за изгаряне на до 650 тона течност. Сяра на ден. Пещта се състои от два циклона, свързани един спрямо друг под ъгъл 110 0 и преходна камера.

Вътрешно тяло с диаметър 2,6 м, лежи свободно върху опори. Външният корпус е с диаметър 3 м. Пръстенообразното пространство, образувано от вътрешния и външния корпус, е изпълнено с въздух, който след това през дюзи навлиза в горивната камера. Сярата се подава към пещта от 8 серни дюзи, по 4 на всеки циклон. Изгарянето на сяра става във въртящ се поток газ-въздух. Завихрянето на потока се постига чрез тангенциално вкарване на въздух в горивния циклон през въздушни дюзи, по 3 във всеки циклон. Количеството въздух се контролира от моторизирани клапи на всяка въздушна дюза. Преходната камера е предназначена да насочва газовия поток от хоризонталните циклони към вертикалния газопровод на изпарителя. Вътрешната повърхност на горивната камера е облицована с мулит-корундова тухла от марката MKS-72 с дебелина 250 mm.

1 - циклони

2 - преходна камера

3 - изпарителни устройства