PL148171B1 - Method of obtaining elementary sulfur - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania siarki elementarnej w postaci spójne¬ go niedyfundujecego gazu do stosowania w reakcjach chemicznych ze stalymi reagentami.Siarka jest jednym z najbardziej uniwersalnych pierwiastków i Jednym z najszerzej stosowanych surowców w przemysle chemicznym. Istnieje jednak potencjalnie korzystne reakcje siarki, których dotychczas nie wykorzystano praktycznie. Dwa stosunkowo wczesne doniesienia z tej dziedziny dotycze zastosowania siarki elementarnej Jako srodka redukujecego umozliwia- jecego przemiane siarczanu wapnia w wapno i dwutlenek siarki. W niemieckim opisis patentowym nr 356414 stwierdzono, ze pary siarki reaguje z siarczanem wapnia w temperaturze poczewszy od okolo 1000QC do 1200°C.W opisie patentowym St.Zjedn.Ameryki nr 2425740 podano, ze po ogrzaniu dobrze roz¬ drobnionej mieszaniny siarczanu wapnia i siarki elementarnej do temperatury 1315°C lub wyzszej,w obecnosci nadmiaru powietrza,np. w opalanym gazem piecu obrotowym, otrzymuje sie wapno palone i dwutlenek siarki.Pomimo, ze proces ujawniony w niemieckim opisie patentowym nr 356414 jest znany od ponad 65 lat, a proces ujawniony w opisie patentowym St.Zjedn.Ameryki nr 2425740 od 36 lat, reakcji redukcji siarczanu wapnia przy uzyciu siarki elementarnej nie zastosowano dotychczas w praktyce.Prawdopodobnie glównym czynnikiem przeciwdzialajecym rozwojowi procesu odzyskiwania siarki ujawnionego w niemieckim opisie patentowym nr 356414, byly przewidywane trudnosci zwiezane z zapewnieniem wystarczajeco skutecznego kontaktu pomiedzy siarke, która w tempera¬ turze koniecznej do prowadzenia procesu wystepuje w fazie gazowej, a stalym siarczanem wapnia tak, aby szybkosc procesu w piecu lub reaktorze innego typu byla wystarczajeco duza dla praktycznego zastosowania. Np. usilujec powiekszyc skale reakcji ujawnionej w opisie patentowym St.Zjedn.Ameryki nr 2425740 do skali przemyslowej stwierdzono, ze minimalna tempe¬ ratura konieczna do przeprowadzenia tej reakcji wynosi 1315°C oraz, ze niezbedny jest nadmiar powietrza. Koniecznosc stosowania wysokich temperatur sprawila, ze proces ten uznano za nie- nadajecy sie do stosowania na skale przemyslowe i o ile wiadomo, od tej pory nie zajmowano sie Juz mozliwoscie stosowania siarki Jako czynnika redukujecego.2 |48 171 Problem stanowia warunki reakcji, wymagajecej kontaktu pomiedzy gazem i cia¬ lem stalym wystarczajacego do prowadzenia reakcji z taka szybkoscia, która umozliwia jej praktyczne stosowanie* W piecu reakcyjnym staly reagent styka sie z gazowe atmosfere* prze¬ plywajac w przeciwpredzie. Gazowe atmosfere stanowie gazy spalinowe dostarczajece do pieca energie cieplne konieczne do przeprowadzenia procesu - jak w piecu opalanym gazem - lub gaz obojetny, przeplywajacy przez posrednio ogrzewany piec w celu usuwania gazowych produktów reakcji. Bez wzgledu na rodzaj atmosfery gazowej, w piecu wystepuje strefa kontrolowanej temperatury, w której zachodzi reakcja. Poza te czescie objetosci strefy reakcji, które zajmuje reagujece cialo stale, pozostale wolne czesc strefy reakcyjnej zajmuje gaz. Nalezy oczekiwac, ze dodanie do tej strefy gazowej reagenta spowoduje szybke jego dyfuzje w gazowej atmosferze strefy, zmniejszajac w ten sposób stezenie tego gazowego reagenta na powierzchni ciala stalego, z którym ma reagowac.Wiadomo, ze szybkosc reakcji jest proporcjonalna do stezenia reagentów. W reak¬ cji siarki z reagentami stalymi, np. z siarczanem wapnia, czyli w reakcji typu gaz - cialo stale, szybkosc reakcji jest proporcjonalna do stezenia gazowej siarki na powierzchni ciala stalego, z którym ma ona reagowac. Zwiekszenie stezenia par siarki na powierzchni miedzyfazo- wej cialo stale - gaz zwieksza szybkosc reakcji. Mimo, ze byloby to korzystne, dotychczas nie znaleziono jednak sposobu zwiekszania stezenia reagenta gazowego na granicy faz poprzez zapo¬ bieganie lub opóznianie dyfuzji tego reagenta w fazie gazowej.Nieoczekiwanie stwierdzono, ze istnieje sposób wytworzenia siarki elementarnej w postaci, w której moze ona efektywnie reagowac ze stalymi reagentami.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze siarke elementarne ogrzewa sie do temperatury jej wrzenia w zamknietym naczyniu, powstajece pary siarki wprowadza sie w sposób ciegly do poleczonego z tym naczyniem przewodu, w którym podczas przeplywu tych par przegrze¬ wa sie je do temperatury co najmniej okolo 690°C, korzystnie okolo 704-982°C, po czym prze¬ grzane pary siarki wprowadza sie w postaci spójnego nie dyfundujecego gazu przy masowym 2 natezeniu przeplywu 1,95-3,25 kg/sekunde.m , do strefy reakcji, do której w sposób ciegly jest dostarczany staly reagent.Siarka w postaci spójnego gazu odznacza sie ciemnym czerwono-fioletowym kolorem.Ze wzgledu na brak dyfuzji w wolnej objetosci 6trefy reakcyjnej, siarka przeplywa do po¬ wierzchni ciala stalego i kontaktuje sie z nim bardzo efektywnie, dzieki czemu znacznie wzrasta szybkosc reakcji gaz-cialo stale.Siarke elementarne otrzymane w postaci spójnego, nie dyfundujecego reagenta gazowego mozna stosowac miedzy Innymi w procesie odzyskiwania siarki z siarczanu wapnia.W wyniku tego procesu siarke odzyskuje sie jako dwutlenek siarki, który z kolei mozna prze¬ rabiac na kwas siarkowy lub inne uzyteczne produkty siarkowe. Przykladowo, odpadowy gips odwadnia sie, otrzymujec CaSO., który wprowadza sie do strefy reakcji pieca obrotowego, pra- cujecego w temperaturze okolo 760-1315°C, korzystnie 870 - 1260°C. Siarke przeprowadza sie w pare pod cisnieniem okolo 101325 Pa i przegrzewa do temperatury co najmniej 690°C, korzyst¬ nie 704 - 982 C, podczas przekazywania jej przewodem do strefy reakcji pieca, gdzie opuszcza ona przewód nad zlozem CaSO. w postaci spójnego, nie dyfundujecego gazu barwy czerwono-fiole- towej. Gaz ten przeplywa przez CaSO. kbntaktujec sie z nim bardzo efektywnie. Siarka w postaci spójnego gazu reaguje szybko 1 skutecznie.Siarke elementarne w postaci spójnego, nie dyfundujecego strumienia gazu mozna oczywiscie wykorzystywac nie tylko w reakcji z siarczanem wapniowym, ale takze w reakcjach z siarczanami innych metali, lupkami roponosnyml, róznymi surowcami mineralnymi itp. W kaz¬ dej z tych reakcji wystepuje korzystny efekt sposobu wedlug wynalazku, a mianowicie zwiek¬ szona szybkosc reakcji siarki ze stalym reagentem.Przyklad : Przewód doprowadzajecy siarke w postaci nie dyfundujecego gazu do pieca - reaktora poleczono z kolbe szklane o objetosci 5000 ml, w której ogrzano elektrycznie i odparowano sproszkowane, techniczne siarke pod cisnieniem 500 Pa i w tempera¬ turze 446°C, wymuszajec przeplyw par przez przewód doprowadzajecy o srednicy wewnetrznej 7 mm. Grzejniki przewodu doprowadzajecego ustawiono tak, aby przy kolnierzu wlotowym pieca148 171 3 osiagnac temperature od okolo 463°C do okolo 540 C* Sproszkowany siarczan wapnia podawano do pieca ze stale szybkoscia, dozownikiem slimakowym tak, ze zajmowal on okolo 12,5% objetosci pieca w przeliczeniu na osadzone reagenty stale* Gaz wprowadzano do pieca w przeciwpredzie, z szybkoscia okolo 28,317 dm /min, pod cisnieniem wynoszecym okolo 25 Pa. W sklad gazu wchodzil azot i okolo 30% dwutlenku siarki* W trzech strefach ogrzewania pieca* w kierunku od wlotu do wylotu stalych reagentów, utrzymywano temperature odpowiednio 815 C, 1040 C i 1140°C* Piec obracano z szybkoscia okolo 5 obrotów/min* Ilosc wprowadzanej do pieca siarki regulowano kontrolujac szybkosc jej ubywania z kolby* Gdy szybkosc podawania siarki byla nizsza niz okolo 4,0 g/min*, siarka pojawiala sie u wylotu koncówki zasilajacej przewodu doprowadzajecego w postaci miekkiej, niebieskiej "aureoli", która w sposób widoczny bardzo szybko dyfundowala do fazy gazowej pieca* Gdy siarke podawano z szybkoscia przekraczajace okolo 8,0 g/minute, pojawiala sie ona u wylotu koncówki zasilajacej przewodu doprowadzajacego w postaci chmury koloru wisniowego, która rów¬ niez wyraznie i szybko dyfundowala do fazy gazowej* Gdy siarke podawano z szybkoscia od okolo 4,5 g/minute do 7,5 g/minute pojawiala sie ona u wylotu koncówki zasilajacej przewodu doprowadzajacego w postaci pary o ciemnej, czerwonawo-floletowej barwie, która nie podlegala w widocznym stopniu dyfuzji po wejsciu do pieca* znikala natomiast w zlozu siarczanu wapnio¬ wego, umieszczonym na podlodze pieca* Zastrzezenia patentowe 1* Sposób wytwarzania siarki elementarnej w postaci spójnego, nie dyfundujacego gazu do stosowania w reakcjach ze stalymi reagentami, znamienny t y m, ze siarke elementarna ogrzewa sie do temperatury jej wrzenia w zamknietym naczyniu, powstajace pary siarki wprowadza sie w sposób ciagly do polaczonego z tym naczyniem przewodu, w którym podczas przeplywu tych par przegrzewa sie je do temperatury co najmniej okolo 690°C. po czym prze- 2 grzane pary siarki, przy masowym natezeniu przeplywu 1,95 - 3,25 kg/sekunde*m , wprowadza sie do strefy reakcji w postaci spójnego, nie dyfundujacego gazu do której w sposób ciagly jeet dostarczany staly reagent* 2* Sposób wedlug zastrz.l, znamienny tym, ze pary siarki w przewodzie przegrzewa eie do temperatury okolo 704 - 982°C* PL PL PL PL