2. Спалювання сірки та іншої сірковмісної сировини

Горіння сірки протікає по наступному рівнянню:

S + О₂ = SО₂ + 362,4 кДж

При згоранні 1 кг сірки виділяється 9293,4 кДж тепла. Такої кількості тепла вистачає, аби теоретично отримати температуру горіння близько 1200—1400 °С; практично ж на виході з печі газ має температуру 800 —1000 °С за рахунок втрат тепла в довкілля.

На 1 моль кисню отримують 1 моль SО₂. Отже, при повному згоранні сірки в повітрі, що містить 21 об’єм. % О₂, отриманий безкисневий газ міститиме 21 об’єм. % SО₂. У практичних умовах в газі міститься до 12 об’єм. % SО₂.

При спалюванні сірководню протікає реакція:

2Н₂S + 3O₂ = 2SO₂+ 2Н₂О + 1038,7 кДж

Вміст SО₂ і пари води в сірчановодневому газі, використовуваному для виробництва сірчаної кислоти по цьому методу, коливається в широких межах залежно від складу вихідного газу і вживаного методу його очищення. При спалюванні сірководню в повітрі вміст SO₂ в газі складає біля 13 об’єм. %.

Реакція розкладання фосфогіпсу протікає у присутності вугілля і вимагає витрат тепла:

2CaSO₄ + С = 2SO₂ + 2СаО + СO₂ — 566,2 кДж

Реакція відновлення алунітів протікає по наступному рівнянню:

K₂SO₄*Al₂(SO₄)₃*2Al₂O₃*6H₂O + 0,5 С₂H₄ = 3SO₂ + 3Al₂O₃ + K₂SO₄ + 7Н₂O + СO₂

При цьому вміст SО₂ в газі може досягати 75 об’єм. %. Отриманий газ розбавляють повітрям і направляють на отримання сірчаної кислоти контактним методом. Сульфат калію використовують як добриво, а глинозем — Al₂O₃ йде на отримання алюмінію.

3. Печі для спалювання сірковмісної сировини

В даний час для випалення колчедану застосовуються печі киплячого шару (КШ) і пилоподібного випалення. Спалювання сірки виробляється в печах форсуночного та циклонного типів, а також в печах КШ.

Випалення колчедану в печах киплячого шару. Печі КШ мають продуктивність 100, 200 і 450 т/доб в перерахунку на 45%-ний FeS₂. Випалення колчедану, як гетерогенний процес, залежить від інтенсивності перемішування сировини з повітрям. Таке змішування створюється в печах КШ.

Печі КШ бувають з одним і двома киплячими шарами. Печі з одним киплячим шаром являє собою сталевий корпус, футерований з середини вогнетривкою цеглиною. У нижній частині печі розташовані грати, які можуть бути провальними або ковпачковими. Колчедан із складу подається по стрічковому транспортеру або за допомогою елеватора в бункер, звідки через тарілчастий живильник і завантажувальну камеру поступає в піч. Повітря для горіння колчедану подається вентилятором під грати. Температура в шарі має бути не вище 800—850 °С щоб уникнути спікання крапель колчедану, які знаходяться в процесі кипіння в тісному зіткненні. Для підтримки необхідної температури в киплячому шарі в ньому розташовують елементи, що охолоджують, по яких циркулює вода.

Тривалість контакту повітря з колчеданом, що горить, залежить від висоти киплячого шару та дорівнює 9—12 с. Обпалювальний газ, що містить 12—14 об’єм. %, SО₂, при температурі 850—900 °С поступає в казан-утилізатор, де швидко охолоджується до 400—450 °С. При цьому в казані-утилізаторі утворюється 1,2—1,5 т перегрітої пари на 1 т випалювального колчедану (у перерахунку на 45% S). Обпалювальний газ після казана-утилізатора поступає далі на очищення.

Огарок вивантажують через отвір в стіні печі, розташованій на рівні киплячого шару, і видаляють на склад огарка або передають споживачеві. Огарок, що виходить з печі КШ, містять головним чином Fe₃О₄. Для видалення огарка з печей сірчанокислих цехів використовують скребкові транспортери, що є металевим нерухомим жолобом, в якому рухається без кінцевий ланцюг з шкрябаннями; шкрябання захватують огарок і переміщають його по жолобу.

Огарок може бути видалений також пневматичним способом. При створенні розрідження в трубопроводах утворюється суспензія огарка в повітрі, яка рухається з швидкістю до 30 м/с. Недоліком пневматичного способу є швидке псування фасонних частин трубопроводу і утворення пробок та огарка, а також значна витрата енергії.

Може застосовуватися також гідравлічний спосіб видалення огарка, який полягає в тому, що огарок змішують з великою кількістю води та пульпи, що утворилася, та перекачують у відстійники. Освітлена вода повертається знов на утворення пульпи або скидається у водоймище. Великим недостатком цього методу є забруднення освітленої води такими домішками, як сірчана кислота, миш'як, сульфат заліза і ін.

Основні переваги печей КШ — велика продуктивність від 100 до 450 т/доб в перерахунку на умовний колчедан (45 мас. % S); можливість повної утилізації тепла реакції випалення FeS₂ із здобуттям на 1 т колчедану до 1,5 т пара з тиском 40• 10⁵ Па і при температурі 420 °С; здобуття обжигового газу, що містить 12—14 об’ємн. % SО₂ і 0,1 об’ємн. %, SО₃. При значному вмісті SО₃ в обпалювальному газі газопроводи, електроди електрофільтрів і труби казанів-утилізаторів піддаються корозії за рахунок утворення на них сульфатних плівок.

При випаленні колчедану в печі КШ з газу в огарок виймають миш'як. Огарок є не лише хорошим адсорбентом по відношенню до Аs₂О₃, але і каталізатором, тому в наявності огарка Аs₂О₃ окислюється до Аs₂О₅. Пентоксид миш’яку взаємодіє з огарком з утворенням нелетких арсеналів, які залишаються в огарку. При цьому обпалювальний газ частково звільняється від домішки миш'яку, що надає шкідливу дію на ванадієвий каталізатор, знижуючи його активність.

Недоліком печей КШ є значне віднесення пилу з обпалювальними газами — від 40 до 100 мас. % від маси огарка.

Печі з подвійним киплячим шаром (ПКШ) на відміну від печі з одним шаром має нижній і верхній шари. Повітря подають під нижній шар колчедану, а на верхній шар поступає обпалювальний газ з нижнього шару. Крупний огарок, пройшовши циклон, повертається знову у верхній шар для повторного випалення. При цьому в шарі відбувається сульфатизація металів, що містяться в огарку (Сu, Zn і ін.), з утворенням солей, розчинних в сірчаній кислоті.

Печі пилоподібного випалення відрізняється тим, що в ній флотаційний колчедан спалюється в зваженому стані; інтенсивністю випалення до 1000 кг/ (м³ доб). Ці печі прості по своїй конструкції і дозволяють легко регулювати процес випалення. Тепло пічних газів, на виході з печі при температурі до 800 °С, використовується для здобуття пари тиском до 12-10⁵ Па (до 1 т/т колчедану). До недоліків таких печей відноситься нерівномірність подачі колчедану в піч і — як наслідок — коливання концентрації SО₂ в пічному газі в межах 9—12 об’єм. %, велика запиленість газу (до 100 г/м³) та додаткова витрата електроенергії на дроблення кругляків колчедану флотації, утворених в барабані під час сушки.

Витягуваний огарок в даний час використовується в цементній промисловості, для виробництва мінеральних красок — сурику і мумії.

Печі форсуночного типа для спалювання сірки в розпорошеному стані, є горизонтальний сталевий циліндр, футерований з середини вогнетривкою цеглиною. Розплавлена сірка через форсунку подається в топку печі, куди одночасно поступає необхідне для горіння сірки повітря. Після виходу з форсунки сірка випарюється і згорає у вигляді факелу. Для повного згорання пари сірки в піч подають вторинне повітря і встановлюють дві перегородки для покращення перемішування цього повітря з продуктами горіння сірки.

Забруднену сірку спалюють в печах відбивного типа прямокутної форми, виготовлених з цеглини. Сірка у вигляді пари згорає в струмі повітря між зводами. Інтенсивність таких печей 1 т/(м³ доб).

В даний час для спалювання сірки набули поширення циклонні печі, принципова відмінність яких полягає в тангенциальній подачі через форсунки розплавленої сірки та повітря з швидкістю близько 100 м/с. При обертальному русі, газу і пари сірки створюється інтенсивне перемішування та збільшується швидкість горіння сірки. З печі сірчистий газ, вміщуючий 13 об’ємн. % SО₂, при температурі біля 800°С поступає в казан-утилізатор, де утворюється пара тиском 39-10⁵ Па. Продуктивність таких печей досягає 100 т сірки на добу. Проектують циклонні печі продуктивністю 300 т сірки на добу та більше.

Циклонна піч складається з форкамери і двох камер дожигания з двома пережимними кільцями. Перед подачею розплавлена сірка відстоюється і фільтрується.

Печі для спалювання сірководню. Спалювання сірководню проводять в сталевій циліндровій печі, футерованою зсередини вогнетривкою цеглиною. У нижній частині печі є попереджувальний клапан в разі займання вибухонебезпечного газоповітряного середовища. Через пальник у верхній частині печі поступає сірководень, який змішується з повітрям і подається в піч, де згорає у вигляді факела. Обпалювальний газ виходить з нижньої частини печі.

За наявності в сірчановодневому газі ціаністого водню спалювання Н₂S щоб уникнути утворення оксиду азоту ведуть при недоліку кисню по реакції:

4HCN - 3O₂ = 2N₂ + 4СО + 2Н₂O