ТАБЛИЦА 3. Пределы горючести смеси сероводорода с воздухом
|
Условия распространения пламени |
Содержание H2S, % (об.) |
|
|
нижний предел |
верхний предел |
|
|
Вниз |
4,5 |
19,0 |
|
Вверх |
4,3 |
45,5 |
|
Горизонтально |
5,9 |
27,2 |
Сжигание сероводорода. Сероводород является составляющей продукции очистки газов (генераторных, коксовых, нефтепереработки, природных и т. д.). В промышленных печах его сжигают в виде сероводородного газа для получения диоксида серы.
Реакция горения сероводорода описывается формулой:
При сжигании сероводорода в струе воздуха, в котором содержится большое количество балластного азота, развиваются высокие температуры. Они зависят от концентрации H2S в сероводородном газе и избытка воздуха.
Скорость сгорания сероводорода зависит от температуры сжигания. В целях сохранения футеровки температура в печи находится в пределах 1100—1200 °С.
Промышленное оформление процесса сжигания сероводорода такое же, как и для сжигания газового топлива.
Если в сероводороде присутствует HCN, процесс сжигания H2S ведут при недостатке кислорода (а< 1). В этом случае вследствие окисления HCN образуются не оксиды азота, а элементарный азот, и таким образом предотвращается загрязнение продукционной серной кислоты оксидами азота. При недостатке кислорода в печи выходящий из нее печной газ содержит некоторое количество несгоревшего сероводорода или паров серы. Для полного окисления серы газ направляют в камеру дожигания, куда вводится необходимое количество воздуха.
В печах для сжигания сероводорода с высокой концентрацией расположены змеевики парового котла. Это позволяет снизить температуру процесса сжигания H2S, вести его при незначительном избытке кислорода (при отсутствии HCN), что обеспечивает получение обжигового газа с высоким, содержанием S02 и дает возможность эффективно использовать выделяющуюся теплоту реакции окисления. Этот процесс можно было бы отнести к энерготехнологическому сжиганию.
Сероводород при смешении в определенном соотношении с кислородом или воздухом образует смесь, способную самовоспламеняться при нагревании. Температура самовоспламенения сероводорода в смеси с кислородом 220—235 °С, в смеси с воздухом 346—379 °С [21].
Пределы горючести смеси сероводорода с воздухом зависят от условий распространения пламени (табл. 3).
Сжигание сероводорода низкой концентрации осуществляется в камерных печах с постоянно работающей запальной горелкой и с бокситовой насадкой, являющейся катализатором этого процесса.
Сжигание элементарной серы в печах осуществляется для получения диоксида серы S02, используемого в производстве серной кислоты.
В промышленных химических печах осуществляется сжигание расплавленной серы. Горение расплавленной серы является сложным химическим процессом, так как реагенты (сера и кислород воздуха), находясь первоначально в относительно устойчивом молекулярном состоянии, прежде чем образовать конечный продукт горения (S02), проходят многочисленные стадии разрушительных и рекомбина-ционных процессов.
Сложность заключается еще и в том, что на процесс горения серы оказывает существенное влияние печная среда, состоящая из серы, кислорода, азота, паров воды, обжиговых газов. Движение газового потока в печи осложняется теплообмен-ными и физико-химическими явлениями из-за наличия в системе источников газообразования и тепловыделения. Таким образом, в печи создаются сложные поля скоростей, концентраций газов и температур. Эти поля трудно поддаются точному математическому описанию.
Горение расплавленной серы зависит от условий взаимодействия компонентов реакционных смесей и сгорания отдельных капель. Эффективность процесса горения определяется временем полного сгорания каждой отдельной капли.