Термоокислювальні процеси нафтопереробки

Виробництво сірки з технічного сірководню

Теоретичні основи та макрокінетика процесу

Перетворення сірководня у сірку потребує окислення атому S

-2e

S-2 S0

Окисленя виконують киснем повітря. Сірководень сгоряє у повітрі по одному з рівнянь:

2H2S + O2 2H2O + 2S + 527.5кДж (а)

2H2S + 3O2 2H2O + 2SO2 + 1123кДж (б)

В такому ж напрямку сірководень реагує з іншими окислювачами (Cl2, Br2, J2), як потужний встановлювач.

Сірка може не тільки збільшувати валентність, але й зменшувати її

SO2 + 2H2S 2H2O + 3S + 230.5кДж (в)

Реакція зворотня та при визначенні умов підвищення рівноважного вихіду треба враховувати зміну кількості молекул. Сірка, що створюється у газовій фазі знаходиться у вигляді S2, S6 та S8, їх співвідношення в наслідок рівноважних переходів однієї форми у іншу залежить від температури.

До 200С сірка знаходиться у вигляді S8. Це робить реакцію (в) такою, що йде з зменшенням кількості молекул

8SO2 + 16H2S 16H2O + 3S8

З 200С до 400С помітно збільшується кількість молекул S6. Реакція (в) має і такий вигляд.

2SO2 + 4H2S 4H2O + S6

При високих температурах, коли значна частина сірки знаходиться у вигляді S2 (кількість молекул вже збільшується)

2SO2 + 4H2S 4H2O + 3S2

Таким чином, якщо реакцію проводити при помірних температурах 200-400С, вона йде з збільшенням кількості молекул та рівноважний вихід продуктів підвищується при високому тиску.

Ці реакції використовуються при виробництві сірки з сірководню за методом, який називають процесом Клаусса.

Реакції (а, б), що є основними на перший стадії процесу потребують високої температури 900-1300С. Другу стадію-реакцію (в) проводять на каталізаторі з метою підвищення її швидкості. Після першої стадії у продуктах паління підтримують співвідношення H2S:SO2=2:1 (стехіометричне для реакції в).Другу стадію-встановлення сірки за рахунок реакції (в) проводять у двох, трьох послідовних реакторах.

Перед кожним реактором з суміші відділяють сірку у конденсаторах. Це дозволяє змістити рівновагу вправо. Температура також впливає на рівновагу, підвищення температури зміщує рівновагу вліво, тому температуру підтримують мінімальною-у першому реакторі 280С, далі 250С. У першому реакторі реакція доходить до рівноваги, але після відділення сірки у наступних реакторах вдається довести конверсію H2S до 95%.