Rikin polttoprosessin fysikaaliset ja kemialliset perusteet. Uunit nestemäisen rikin polttamiseen
Rikki on kemiallinen alkuaine, joka on jaksollisen järjestelmän kuudennessa ryhmässä ja kolmannessa jaksossa. Tässä artikkelissa tarkastelemme yksityiskohtaisesti sen kemikaaleja ja tuotantoa, käyttöä ja niin edelleen. Fysikaalinen ominaisuus sisältää sellaisia ominaisuuksia kuin väri, sähkönjohtavuus, rikin kiehumispiste jne. Kemiallinen ominaisuus kuvaa sen vuorovaikutusta muiden aineiden kanssa.
Rikki fysiikan kannalta
Tämä on herkkä aine. Normaaleissa olosuhteissa se on kiinteässä aggregaatiotilassa. Rikillä on sitruunankeltainen väri.
Ja suurimmaksi osaksi kaikilla sen yhdisteillä on keltaisia sävyjä. Ei liukene veteen. Sillä on alhainen lämmön- ja sähkönjohtavuus. Nämä ominaisuudet luonnehtivat sitä tyypilliseksi ei-metalliksi. Huolimatta siitä, että rikin kemiallinen koostumus ei ole ollenkaan monimutkainen, tällä aineella voi olla useita muunnelmia. Kaikki riippuu rakenteesta. kristallihila, joiden avulla atomit yhdistetään, mutta ne eivät muodosta molekyylejä.
Joten ensimmäinen vaihtoehto on rombinen rikki. Hän on vakain. Tämän tyyppisen rikin kiehumispiste on neljäsataaneljäkymmentäviisi celsiusastetta. Mutta jotta tämä aine muuttuisi kaasumaiseksi aggregaation tila, hänen täytyy ensin käydä nesteen läpi. Joten rikin sulaminen tapahtuu lämpötilassa, joka on satakoltoista celsiusastetta.
Toinen vaihtoehto on monokliininen rikki. Se on neulan muotoisia kiteitä, joiden väri on tummankeltainen. Ensimmäisen tyypin rikin sulaminen ja sitten sen hidas jäähtyminen johtaa tämän tyypin muodostumiseen. Tällä lajikkeella on lähes samat fyysiset ominaisuudet. Esimerkiksi tämän tyyppisen rikin kiehumispiste on edelleen sama neljäsataaneljäkymmentäviisi astetta. Lisäksi tätä ainetta on niin monenlaisia kuin muovi. Se saadaan kaatamalla kylmä vesi lämmitetty melkein kiehuvaksi rombiseksi. Tämän tyyppisen rikin kiehumispiste on sama. Mutta aineella on ominaisuus venyä kuin kumi.
Toinen fysikaalisen ominaisuuden komponentti, josta haluaisin puhua, on rikin syttymislämpötila.
Tämä indikaattori voi vaihdella materiaalityypin ja sen alkuperän mukaan. Esimerkiksi teknisen rikin syttymislämpötila on satayhdeksänkymmentä astetta. Tämä on melko alhainen luku. Muissa tapauksissa rikin leimahduspiste voi olla kaksisataaneljäkymmentäkahdeksan astetta ja jopa kaksisataaviisikymmentäkuusi. Kaikki riippuu siitä, mistä materiaalista se louhittiin, mikä tiheys sillä on. Mutta voimme päätellä, että rikin palamislämpötila on melko alhainen verrattuna muihin kemiallisia alkuaineita, se on syttyvä aine. Lisäksi joskus rikki voi yhdistyä molekyyleiksi, jotka koostuvat kahdeksasta, kuudesta, neljästä tai kahdesta atomista. Nyt, kun on tarkasteltu rikkiä fysiikan näkökulmasta, siirrytään seuraavaan osaan.
Rikin kemiallinen karakterisointi
Tällä elementillä on suhteellisen alhainen atomimassa, se on kolmekymmentäkaksi grammaa moolia kohden. Rikkielementin ominaisuus sisältää sellaisen tämän aineen ominaisuuden kuin kyvyn eri hapetusasteisiin. Tässä se eroaa esimerkiksi vedystä tai hapesta. Kun otetaan huomioon kysymys mitä kemiallinen karakterisointi alkuaine rikki, on mahdotonta puhua siitä, että olosuhteista riippuen sillä on sekä pelkistäviä että hapettavia ominaisuuksia. Joten harkitse järjestyksessä tietyn aineen vuorovaikutusta eri kemiallisten yhdisteiden kanssa.
Rikki ja yksinkertaiset aineet
Yksinkertaiset aineet ovat aineita, jotka sisältävät vain yhden kemiallisen alkuaineen. Sen atomit voivat yhdistyä molekyyleiksi, kuten esimerkiksi hapen tapauksessa, tai ne eivät välttämättä yhdisty, kuten metallien tapauksessa. Joten rikki voi reagoida metallien, muiden ei-metallien ja halogeenien kanssa.
Vuorovaikutus metallien kanssa
Tällaisen prosessin suorittaminen vaatii korkeaa lämpötilaa. Näissä olosuhteissa tapahtuu additioreaktio. Eli metalliatomit yhdistyvät rikkiatomien kanssa muodostaen näin monimutkaiset aineet sulfidit. Jos esimerkiksi lämmität kaksi moolia kaliumia sekoittamalla ne yhteen rikkimooliin, saat yhden moolin tämän metallin sulfidia. Yhtälö voidaan kirjoittaa sisään seuraavaa lomaketta: 2K + S = K 2 S.
Reaktio hapen kanssa
Tämä on rikin polttoa. Tämän prosessin seurauksena sen oksidi muodostuu. Jälkimmäinen voi olla kahta tyyppiä. Siksi rikin palaminen voi tapahtua kahdessa vaiheessa. Ensimmäinen on, kun yksi mooli rikkiä ja yksi mooli happea muodostavat yhden moolin rikkidioksidia. Voit kirjoittaa tämän kemiallisen reaktion yhtälön seuraavasti: S + O 2 \u003d SO 2. Toinen vaihe on yhden happiatomin lisääminen dioksidiin. Tämä tapahtuu, jos lisäät yhden moolin happea kahteen mooliin korkeassa lämpötilassa. Tuloksena on kaksi moolia rikkitrioksidia. Tämän kemiallisen vuorovaikutuksen yhtälö näyttää tältä: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. Tämän reaktion seurauksena muodostuu rikkihappoa. Joten suorittamalla kuvatut kaksi prosessia on mahdollista johtaa tuloksena oleva trioksidi vesihöyrysuihkun läpi. Ja saamme Tällaisen reaktion yhtälö kirjoitetaan seuraavasti: SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4.
Vuorovaikutus halogeenien kanssa
Kemiallinen, kuten muutkin epämetallit, antaa sen reagoida tämän aineryhmän kanssa. Se sisältää yhdisteitä, kuten fluorin, bromin, kloorin, jodin. Rikki reagoi minkä tahansa niistä, paitsi viimeksi mainitun kanssa. Esimerkkinä voimme mainita tarkastelemamme jaksollisen järjestelmän elementin fluorausprosessin. Kuumentamalla mainittua epämetallia halogeenilla voidaan saada kaksi fluorimuunnelmaa. Ensimmäinen tapaus: jos otetaan yksi mooli rikkiä ja kolme moolia fluoria, saadaan yksi mooli fluoria, jonka kaava on SF 6. Yhtälö näyttää tältä: S + 3F 2 = SF 6. Lisäksi on toinen vaihtoehto: jos otamme yhden moolin rikkiä ja kaksi moolia fluoria, saamme yhden moolin fluoria kemiallinen kaava SF4. Yhtälö kirjoitetaan seuraavassa muodossa: S + 2F 2 = SF 4 . Kuten näette, kaikki riippuu suhteista, joissa komponentit sekoitetaan. Täsmälleen samalla tavalla voidaan suorittaa rikin kloorausprosessi (kaksi erilaisia aineita) tai bromausta.
Vuorovaikutus muiden yksinkertaisten aineiden kanssa
Alkuaineen rikki luonnehdinta ei lopu tähän. Aine voi myös joutua kemiallinen reaktio vedyn, fosforin ja hiilen kanssa. Vuorovaikutuksesta vedyn kanssa muodostuu sulfidihappoa. Sen metallien kanssa tapahtuvan reaktion seurauksena voidaan saada niiden sulfideja, jotka puolestaan saadaan myös rikin suoralla reaktiolla saman metallin kanssa. Vetyatomien lisääminen rikkiatomeihin tapahtuu vain erittäin korkeissa lämpötiloissa. Kun rikki reagoi fosforin kanssa, muodostuu sen fosfidi. Sillä on seuraava kaava: P 2 S 3. Saadaksesi yhden moolin tätä ainetta, sinun on otettava kaksi moolia fosforia ja kolme moolia rikkiä. Kun rikki on vuorovaikutuksessa hiilen kanssa, muodostuu tarkasteltavan epämetallin karbidi. Sen kemiallinen kaava näyttää tältä: CS 2. Saadaksesi yhden moolin tätä ainetta, sinun on otettava yksi mooli hiiltä ja kaksi moolia rikkiä. Kaikki edellä kuvatut additioreaktiot tapahtuvat vain, kun lähtöaineet kuumennetaan korkeisiin lämpötiloihin. Olemme pohtineet rikin vuorovaikutusta yksinkertaiset aineet, siirrytään nyt seuraavaan kohtaan.
Rikki ja monimutkaiset yhdisteet
Yhdisteet ovat aineita, joiden molekyylit koostuvat kahdesta (tai useammasta) eri alkuaineesta. Kemiallisia ominaisuuksia rikki antaa sen reagoida yhdisteiden, kuten alkalien, sekä väkevän sulfaattihapon kanssa. Sen reaktiot näiden aineiden kanssa ovat melko omituisia. Mieti ensin, mitä tapahtuu, kun kyseinen ei-metalli sekoitetaan alkaliin. Jos esimerkiksi otat kuusi moolia ja lisäät niihin kolme moolia rikkiä, saat kaksi moolia kaliumsulfidia, yhden moolin annettua metallisulfiittia ja kolme moolia vettä. Tällainen reaktio voidaan ilmaista seuraavalla yhtälöllä: 6KOH + 3S \u003d 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Vuorovaikutus tapahtuu saman periaatteen mukaisesti, jos lisäät Seuraavaksi harkitse rikin käyttäytymistä väkevänä liuoksena sulfaattihappoa lisätään siihen. Jos otamme yhden moolin ensimmäistä ja kaksi moolia toista ainetta, saamme seuraavat tuotteet: rikkitrioksidia kolme moolia ja myös vettä - kaksi moolia. Tämä kemiallinen reaktio voi tapahtua vain, kun reagoivat aineet kuumennetaan korkeaan lämpötilaan.
Tarkoituksenmukaisen ei-metallin saaminen
On olemassa useita päämenetelmiä, joilla rikkiä voidaan uuttaa erilaisista aineista. Ensimmäinen menetelmä on eristää se rikkikiisistä. Jälkimmäisen kemiallinen kaava on FeS 2 . Kun tämä aine kuumennetaan korkeaan lämpötilaan ilman happea, voidaan saada toinen rautasulfidi - FeS - ja rikki. Reaktioyhtälö kirjoitetaan seuraavasti: FeS 2 \u003d FeS + S. Toinen teollisuudessa usein käytetty menetelmä rikin saamiseksi on rikkisulfidin poltto pienen happimäärän olosuhteissa. Tässä tapauksessa voit saada harkittua ei-metallia ja vettä. Reaktion suorittamiseksi sinun on otettava komponentit moolisuhteessa kaksi: yksi. Lopputuloksena saamme lopputuotteet suhteessa kahdesta kahteen. Tämän kemiallisen reaktion yhtälö voidaan kirjoittaa seuraavasti: 2H 2 S + O 2 \u003d 2S + 2H 2 O. Lisäksi rikkiä voidaan saada erilaisissa metallurgisissa prosesseissa, esimerkiksi valmistettaessa metalleja, kuten nikkeliä, kupari ja muut.
Teollinen käyttö
Tarkastelemamme ei-metalli on löytänyt laajimman sovelluksensa kemianteollisuudessa. Kuten edellä mainittiin, tässä sitä käytetään sulfaattihapon saamiseksi siitä. Lisäksi rikkiä käytetään komponenttina tulitikkujen valmistuksessa, koska se on syttyvä materiaali. Se on myös välttämätön räjähteiden, ruudin, kipinöiden jne. valmistuksessa. Lisäksi rikkiä käytetään yhtenä ainesosana tuholaistorjuntatuotteissa. Lääketieteessä sitä käytetään komponenttina ihosairauksien lääkkeiden valmistuksessa. Kyseistä ainetta käytetään myös erilaisten väriaineiden valmistuksessa. Lisäksi sitä käytetään fosforien valmistuksessa.
Rikin elektroninen rakenne
Kuten tiedät, kaikki atomit koostuvat ytimestä, jossa on protoneja - positiivisesti varautuneita hiukkasia - ja neutroneja, eli hiukkasia, joilla on nollavaraus. Elektronit kiertävät ytimen ympäri negatiivisella varauksella. Jotta atomi olisi neutraali, sen rakenteessa on oltava sama määrä protoneja ja elektroneja. Jos jälkimmäisiä on enemmän, tämä on jo negatiivinen ioni- anioni. Jos päinvastoin protonien lukumäärä on suurempi kuin elektronien lukumäärä, tämä on positiivinen ioni tai kationi. Rikkianioni voi toimia mm happojäännös. Se on osa aineiden, kuten sulfidihapon (rikkivety) ja metallisulfidien molekyylejä. Anioni muodostuu elektrolyyttisessä dissosiaatiossa, joka tapahtuu, kun aine liukenee veteen. Tässä tapauksessa molekyyli hajoaa kationiksi, joka voidaan esittää metalli- tai vety-ionina sekä kationiksi - happotähteen tai hydroksyyliryhmän (OH-) ioniksi.
Koska rikin sarjanumero jaksollisessa taulukossa on kuusitoista, voimme päätellä, että juuri tämä määrä protoneja on sen ytimessä. Tämän perusteella voidaan sanoa, että ympäriinsä pyörii myös kuusitoista elektronia. Neutronien lukumäärä saadaan vähentämällä niistä moolimassa kemiallisen alkuaineen sarjanumero: 32 - 16 = 16. Jokainen elektroni ei pyöri satunnaisesti, vaan tietyllä kiertoradalla. Koska rikki on kemiallinen alkuaine, joka kuuluu jaksollisen järjestelmän kolmanteen jaksoon, ytimen ympärillä on kolme kiertorataa. Ensimmäisessä on kaksi elektronia, toisessa kahdeksan ja kolmannessa kuusi. Rikkiatomin elektroninen kaava kirjoitetaan seuraavasti: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Esiintyminen luonnossa
Pohjimmiltaan harkittu kemiallinen alkuaine löytyy mineraalien koostumuksesta, jotka ovat eri metallien sulfideja. Ensinnäkin se on rikkikiisu - rautasuola; se on myös lyijyä, hopeaa, kuparin kiiltoa, sinkkisekoitetta, kinaperia - elohopeasulfidia. Lisäksi rikki voidaan sisällyttää myös mineraalien koostumukseen, jonka rakennetta edustaa kolme tai useampi kemiallinen alkuaine.
Esimerkiksi kalkopyriitti, mirabiliitti, kieseriitti, kipsi. Voit tarkastella jokaista niistä yksityiskohtaisemmin. Pyriitti on ferrumsulfidi tai FeS2. Sillä on vaaleankeltainen väri kultaisella kiillolla. Tämä mineraali löytyy usein epäpuhtaudeksi lapis lazulista, jota käytetään laajalti korujen valmistukseen. Tämä johtuu siitä, että näillä kahdella mineraalilla on usein yhteinen esiintymä. Kuparin kiilto - kalkosiitti tai kalkosiini - on sinertävän harmaa aine, samanlainen kuin metalli. ja hopeakiillolla (argentiitilla) on samanlaiset ominaisuudet: ne molemmat näyttävät metalleista, niillä on harmaa väri. Cinnabar on ruskeanpunainen himmeä mineraali, jossa on harmaita laikkuja. Kalkopyriitti, jonka kemiallinen kaava on CuFeS 2, on kullankeltainen, sitä kutsutaan myös kultaiseksi seokseksi. Sinkkiseoksen (sfaleriitti) väri voi olla meripihkasta tulioranssiin. Mirabilite - Na 2 SO 4 x 10H 2 O - läpinäkyviä tai valkoisia kiteitä. Sitä kutsutaan myös käytettäväksi lääketieteessä. Kieseriitin kemiallinen kaava on MgSO 4 xH 2 O. Se näyttää valkoiselta tai värittömältä jauheelta. Kipsin kemiallinen kaava on CaSO 4 x2H 2 O. Lisäksi tämä alkuaine on osa elävien organismien soluja ja tärkeä hivenaine.
Puhdas rikki syötetään lämmitetyn putkiston kautta ylikulkusilta keräilijään. Nestemäisen rikin lähde paahtoosastolla voi olla sekä rikin sulatus- ja suodatusyksikkö että nestemäisen rikin tyhjennys- ja varastointiyksikkö rautatiesäiliöistä. Keräimestä 32 m3:n välikeräimen kautta rikki pumpataan rengasrikkiputken kautta kattilayksikköön poltettavaksi kuivassa ilmavirrassa.
Kun rikkiä poltetaan, rikkidioksidia muodostuu reaktiossa:
S (neste) + O2 (kaasu) = SO2 (kaasu) + 362,4 kJ.
Tämä reaktio etenee lämmön vapautuessa.
Nestemäisen rikin palamisprosessi ilmakehässä riippuu poltto-olosuhteista (lämpötila, kaasun virtausnopeus), fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista (tuhkan ja bitumipitoisten epäpuhtauksien esiintyminen siinä jne.) ja koostuu erillisistä peräkkäisistä vaiheista:
nestemäisen rikin pisaroiden sekoittaminen ilman kanssa;
pisaroiden lämmitys ja haihdutus;
kaasufaasin muodostuminen ja kaasumaisen rikin syttyminen;
höyryjen palaminen kaasufaasissa.
Nämä vaiheet ovat erottamattomia toisistaan ja etenevät samanaikaisesti ja rinnakkain. On olemassa rikin diffuusiopolttoprosessi, jossa muodostuu rikkidioksidia, pieni määrä rikkidioksidi hapettuu trioksidiksi. Rikin palamisen aikana kaasun lämpötilan noustessa SO2-pitoisuus kasvaa suhteessa lämpötilaan. Rikkiä poltettaessa muodostuu myös typen oksideja, jotka saastuttavat tuotantohappoa ja saastuttavat haitallisia päästöjä. Muodostuvien typen oksidien määrä riippuu rikin palamistavasta, ylimääräisestä ilmasta ja prosessin lämpötilasta. Lämpötilan noustessa muodostuvien typen oksidien määrä kasvaa. Ylimääräisen ilman kertoimen kasvaessa muodostuneiden typen oksidien määrä kasvaa saavuttaen maksimin ylimääräisellä ilmakertoimella 1,20 - 1,25 ja laskee sitten.
Rikin polttoprosessi suoritetaan enintään 1200 ºC:n mitoituslämpötilassa, jolloin sykloniuuneihin syötetään ylimääräistä ilmaa.
Kun nestemäistä rikkiä poltetaan, muodostuu pieni määrä SO3:a. Rikkidioksidin ja -trioksidin kokonaistilavuusosuus prosessikaasussa kattilan jälkeen on jopa 12,8 %.
Puhalla kylmäkuivattua ilmaa kosketuslaitteen edessä olevaan kaasukanavaan prosessikaasu jäähdytetään lisäksi ja laimennetaan käyttöstandardien mukaisiksi (rikkidioksidin ja -trioksidin kokonaistilavuusosuus on enintään 11,0 %, lämpötila alkaen 390 °C 420 °C:seen).
Nestemäistä rikkiä syötetään polttoyksikön sykloniuunien suuttimiin kahdella uppopumpulla, joista toinen on valmiustilassa.
Kuivaustornissa puhaltimella (yksi - toimiva, yksi - vara) kuivattu ilma syötetään yksikköön rikin polttamiseksi ja kaasun laimentamiseksi käyttönormeihin.
Nestemäisen rikin poltto määränä 5 - 15 m 3 /h (9 - 27 t/h) suoritetaan kahdessa sykloniuunissa, jotka sijaitsevat toistensa suhteen 110 asteen kulmassa. ja liitetty kattilaan liitäntäkammiolla.
Nestemäinen suodatettu rikki, jonka lämpötila on 135 ° C - 145 ° C, toimitetaan palamiseen. Jokaisessa uunissa on 4 suutinta rikille höyryvaipalla ja yksi käynnistyskaasupoltin.
Kaasun lämpötilaa energiateknologisen kattilan ulostulossa ohjataan kuuman ohituksen kuristusventtiilillä, joka kuljettaa kaasua sykloniuunien jälkipolttokammiosta, sekä kylmällä ohituksella, joka kuljettaa osan ilmasta kattilayksikön ohi. kattilan jälkeen hormiin.
Vesiputkien energiateknologiayksikkö, jossa on luonnollinen kierto, yksivirtainen kaasu on suunniteltu rikkipitoisten kaasujen jäähdyttämiseen poltettaessa nestemäistä rikkiä ja tuotetaan tulistettua höyryä, jonka lämpötila on 420 ° C - 440 ° C paineessa 3,5 - 3,9 MPa.
Energiatekninen yksikkö koostuu seuraavista pääyksiköistä: rumpu rummun sisäisellä laitteella, höyrystinlaite konvektiivisella palkilla, putkimainen jäähdytetty runko, uuni, joka koostuu kahdesta syklonista ja siirtymäkammiosta, portaali, runko rumpu. 1. vaiheen tulistin ja 1. vaiheen ekonomaiseri on yhdistetty yhdeksi etäyksiköksi, 2. vaiheen tulistin ja 2. vaiheen ekonomaiseri sijaitsevat erillisissä kaukoyksiköissä.
Kaasun lämpötila haihdutusyksikön edessä olevien uunien jälkeen nousee 1170 °C:seen. Kattilan haihdutusosassa prosessikaasu jäähdytetään 450 °C:sta 480 °C:seen, kylmän ohituksen jälkeen kaasun lämpötila. laskee 390 °C:sta 420 °C:seen. Jäähtynyt prosessikaasu lähetetään rikkihapon tuotannon seuraavaan vaiheeseen - rikkidioksidin hapetukseen rikkitrioksidiksi kosketuslaitteessa.
Tämä on kemiallinen alkuaine, joka sijaitsee kuudennessa ryhmässä, jaksollisen järjestelmän kolmannessa jaksossa. Tämä on herkkä aine, joka normaaleissa olosuhteissa on kiinteässä aggregaatiotilassa. Rikki on värjätty sitruunankeltaiseksi. Monilla tämän elementin yhdisteillä on sama sävy.
Rikin fysikaaliset ominaisuudet
Rikki ei liukene veteen, sen sähkön- ja lämmönjohtavuus on alhainen ja sillä on tyypillisen epämetallin ominaisuuksia. Aine voi esiintyä useissa muunnelmissa atomeja yhdistävän kidehilan rakenteesta riippuen.
Ensimmäinen elementti on rombinen rikki, stabiilin aine. Kiehuu 445°C:ssa. Ennen kuin tämä aine siirtyy kaasumaiseen aggregaatiotilaan, sen on muututtava nestemäiseksi. Rombinen rikki sulaa 113 °C:n lämpötilassa.
Toinen vaihtoehto - monokliininen rikki, joka on neulan muotoisia tummankeltaisia kiteitä. Tämä aine muodostuu rombisen rikin sulamisen ja sen hitaan jäähtymisen seurauksena. Monokliinisen rikin kiehumispiste on 445 °C. Monokliinista rikkiä on monenlaisia muovisia, joita saadaan kaatamalla lähes kiehuvaa ortorombista rikkiä kylmään veteen. Tällä aineella on ominaisuus venyä kuin kumi.
Rikin syttymislämpötila riippuu materiaalin tyypistä ja sen alkuperästä. Esimerkiksi tekninen rikki syttyy 190 °C:n lämpötilassa. Muissa olosuhteissa rikin leimahduspiste on 248 ° C ja jopa 256 ° C - riippuen siitä, mistä materiaalista rikki uutettiin ja mikä tiheys aineella on. Joka tapauksessa rikin palamislämpötila on melko alhainen verrattuna muihin kemiallisiin alkuaineisiin. Rikki on syttyvä aine.
Rikin kemialliset ominaisuudet, sen vuorovaikutus metallien kanssa
Rikin atomimassa on suhteellisen pieni (32 g/mol). Alkuaineella voi olla erilaisia hapetusasteita. Tämä rikki eroaa hapesta tai vedystä. Rikki voi olosuhteista riippuen osoittaa pelkistäviä tai hapettavia ominaisuuksia.
Rikki reagoi metallien kanssa korkeissa lämpötiloissa. Tällaisissa olosuhteissa tapahtuu additioreaktio: metalliatomit yhdistyvät rikkiatomien kanssa muodostaen monimutkaisia aineita - sulfideja. Jos esimerkiksi lämmität 2 moolia kaliumia, sekoita ne 1 mooliin rikkiä, muodostuu 1 mooli kaliumsulfidia. Reaktioyhtälö:
Kaliumsulfidin molekyylirakenne
Rikin reaktio halogeenien ja muiden yksinkertaisten aineiden kanssa
Rikki, kuten muutkin epämetallit, reagoi halogeenien kanssa. Rikki reagoi bromin, fluorin, kloorin kanssa, mutta ei vuorovaikutuksessa jodin kanssa. Esimerkki on rikin fluoraus. Jos rikkiä kuumennetaan halogeenilla, muodostuu kaksi fluorimuunnelmaa.
Rikkifluoridin molekyylirakenne
Ensimmäinen vaihtoehto: ota 1 mooli rikkiä ja kolme 3 moolia fluoria, muodostuu 1 mooli fluoria - SF₆. Reaktioyhtälö:
S + 3F2 = SF6
Toinen vaihtoehto: ota 1 mooli rikkiä ja 2 moolia fluoria, muodostuu 1 mooli fluoria, jonka kemiallinen kaava on SF4. Reaktioyhtälö:
S + 2F2 = SF4
Halogeenien reaktio rikin kanssa riippuu suhteista, joissa komponentit sekoitetaan. Rikin bromaus tai rikkiklooraus suoritetaan samalla tavalla (reaktion seurauksena muodostuu myös kaksi erilaista ainetta).
Rikki tulee kemialliseen reaktioon fosforin, vedyn ja hiilen kanssa. Rikki reagoi vedyn kanssa muodostaen rikkivetyä. Rikkivedyn reaktion seurauksena metallien kanssa muodostuu niiden sulfideja, joita saadaan myös rikin suoralla vuorovaikutuksella saman metallin kanssa.
Vetyatomien lisääminen rikkiatomeihin tapahtuu yksinomaan erittäin korkeissa lämpötiloissa. Kun rikki reagoi fosforin kanssa, muodostuu rikkifosfidia - P2S3. Saadaksesi 1 mooli rikkifosfidia, sinun on otettava 2 moolia fosforia ja 3 moolia rikkiä. Kun rikki reagoi hiilen kanssa, muodostuu hiilidisulfidia CS2. Saadaksesi 1 mooli hiilidisulfidia, sinun on otettava 1 mooli hiiltä ja 2 moolia rikkiä. Kuvatut additioreaktiot etenevät, kun lähtöaineet kuumennetaan korkeisiin lämpötiloihin. Mielenkiintoinen koe voidaan suorittaa keltaisella rikkijauheella ja sulattaa mustaksi viskoosiksi massaksi.
Rikin reaktio hapen kanssa
On mahdotonta ottaa huomioon kaikkia reaktioita rikin kanssa ja jättää huomiotta sen vuorovaikutus hapen kanssa. Prosessin ymmärtämiseksi voit suorittaa laboratoriokokeen: kaliumpermanganaatin hajoamisreaktion aikana pullo täytetään hapella. Sitten rikki sytytetään palavassa lusikassa ja lasketaan pulloon hapen kanssa. Rikki palaa voimakkaasti ilmassa kirkkaan sinivioletin liekin kanssa. Kolvi täyttyy vähitellen valkoisella sumulla.
Rikin palaminen
Hapen ja rikin välinen reaktio on yksi redox-reaktioista, jossa rikki on pelkistävä aine ja happi hapettava aine. Rikin palamisnopeus puhtaassa hapessa kasvaa johtuen lähes viisinkertaisesta happipitoisuuden kasvusta.
Ilmassa olevan rikin palamisen aikana ilmassa olevaa lämpöä ei kuluteta painolastin (typen) lämmittämiseen, joten reagoivien aineiden lämpötila nousee enemmän kuin ilmassa. Tästä johtuen myös palamisintensiteetti kasvaa. Palamisen aikana rikki yhdistyy hapen kanssa muodostaen rikkidioksidia - rikkioksidia SO₂, joka vähitellen täyttää sylinterin. Reaktioyhtälö:
S + O2 = SO2 + Q.
Rikkidioksidi yhdistyy vesihöyryn kanssa muodostaen rikkihappoa:
SO2 + H20 = H2SO3
Rikkihappo hapetetaan rikkihapoksi:
2H2S03 + O2 = 2H2SO4
Kuvattujen reaktioiden seurauksena sylinteriin muodostuu sumu rikki- ja rikkihappopisaroista.
CCGT-alan tutkimuksen pääsuuntaukset
CCGT:n alan tärkeimpiä tutkimusalueita ovat:
Hiilivarantojen arviointi kehitettäviksi CCGT-menetelmällä;
Etsi tapoja parantaa energia- ja kemikaalitehokkuutta. maanalainen hiilen kaasutusprosessi;
CCGT-kaasujen integroidun käytön teknologian ja teknisen ja taloudellisen arvioinnin kehittäminen energia- ja kemianteollisuudessa;
Tietyn koostumuksen kaasun hankkiminen, joka täyttää sen käsittelyn vaatimukset kemiallisiksi tuotteiksi, menetelmien kehittäminen kaasujen puhdistamiseksi ja rikastamiseksi sen taloudellisemman käytön varmistamiseksi kemiantekniikassa;
Menetelmien kehittäminen CCGT-kaasujen koostumuksen hallintaa ja seurantaa varten;
Toteutettavuustutkimus CCGT-kaasujen käsittelyn toteutettavuudesta kemiallisia tuotteita varten, ottaen huomioon alijäämän ja kustannusten kasvu maakaasu ja öljy;
Puhdistusmenetelmien ja niiden rikastamisen kehittäminen sekä lämmön ja CCGT:n kaasutetun vyöhykkeen ja kaasujen hyödyntämismenetelmien kehittäminen.
Näiden ongelmien ratkaisemiseksi on jo tarpeen tunnistaa lupaavat kivihiiliesiintymät kehittämistä varten, tehdä tutkimusta teknologian parantamiseksi (optimaalisen kaivojen ruudukon valinta, leikkausmenetelmät, puhalluksen voimakkuus ja koostumus jne.), määrittää soveltuvuus olemassa oleviin järjestelmiin tekninen käsittely CCGT-kaasut kaivojen ja pintakäsittelykompleksien laitteiden valintaan ja suunnitteluun, mukaan lukien lämpö- ja korroosionkestävien materiaalien ja pinnoitteiden valinta kaivoille ja pintalaitoksille.
Strategisesti CCGT-kaasua voidaan käyttää paikallisena teollisuuden energialähteenä integroidun CCGT-TPP:n työhön perustuen.
CCGT-menetelmä on poikkeuksellisen lupaava energian toimittamisessa Primoryeen, jossa on tarkoituksenmukaista rakentaa CCGT-asemia useiden suljettujen kaivosten alueelle.
Kysymyksiä osastolle:
1. Tekninen järjestelmä maanalaiset hiilen kaasutusasemat.
2. Hiilen kaasutusprosessin vaiheet.
Maanalainen rikin poltto - menetelmä kehittää omaperäisiä kerrostumia
luontainen rikki sen korkean lämpötilan in situ hapettumisesta
Menetelmän idea juontaa juurensa ikivanhaan rikin sulattamisen käytäntöön
routamalmeja, jotka johtuvat osan rikin palamisen lämmöstä erityisissä
chah - "calcaronah". Ensimmäinen yritys saada rikkiä sen osittaisella
polttaminen maan alla toteutettiin vuonna 1910 italialaisen insinöörin toimesta
D. Fiori, joka ehdotti rikin polttamista ylemmät kerrokset esi-
huolellisesti valmistettu pysty- ja vaakasuoralla työstyksellä
malmilohko virtaavan veden keräämiseksi lohkon alemmille kerroksille
nestemäinen rikki. Käytännössä kävi ilmi, että tuloksena
rikki sisältää paljon tuhkaa ja sen saanto on mitätön .. XX vuosisadan 30-luvulla
ehdotuksia rikin osittaisen polttoprosessin toteuttamiseksi
in situ kaivojen läpi rikin tuottamiseksi nesteen muodossa
tai höyryä esittivät itävaltalainen insinööri G. Schmatzel ja italialainen
kuori R. Verderamo. Vuonna 1958 italialainen insinööri D. Giorgi julkaisi
takoi Cozzo Disin kaivoksen "ylemmän palamisvyöhykkeen" kehitysprojektin
(Sisilia). Hankkeessa suunniteltiin sekä rikkipitoisuuden käyttöä
kaasu hapon tuotannossa ja nestemäisen rikin vapautuminen. Vuosina 1962-66.
Amerikkalaiset insinöörit Miller sekä White ja Moss ehdottivat pro-
sammuttaa sen palaminen tapahtumapaikalla, toimittamalla ilmaa palamista varten ja
muodostunut kaasumainen rikkidioksidi poistetaan kaivojen kautta. Dan-
uusia kokeita tehtiin Yhdysvalloissa. Maanalainen polttomenetelmä
keskittyen rikkidioksidin hallitsevaan tuotantoon
rikkihapon tuotantoa varten kehitettiin vuosina 1973-79. MONIL-
Geo GIGHS. sovellettuna Gaurdak-rikkihapon kastelemattomaan osaan
talletukset (Turkmenistan). Vuosina 1976-1978. onnistunut
teknologian testaus Gaurdak Rikkitehtaan pilottilaitoksella
Joo. On osoitettu, että ilmaa puhaltaessa lämpötila polttokammiossa saavuttaa
saavuttaa 1200 °C, kun taas palamiskaasut sisältävät 5-15 % SO2:ta, mikä
vastaa rikkihapon tuotannon olosuhteita. Kerroin sinä-
rikin palaminen paloalueella ylittää keskimäärin 90 % polttokeskuksessa
koelaitokselle 78,6 %.
Menetelmän ydin on luoda hallittava
rikin polttokeskukseni, jonka parametrit pidetään tasolla
riittää rikkihapon tuotantostandardin saamiseksi
paljon hapanta kaasua.
Rikin polttoprosessia ja rikkimalmien pasuttamista on tutkittu riittävästi. Yksi-
säiliöolosuhteissa tämä prosessi on kuitenkin monimutkainen ja riippuu rakenteesta
ja rikkimalmien rakenne, mineralogiset ja kemiallinen koostumus yhdessä
anteeksiantava kivet, malmin rikkipitoisuudesta, tehosta, huokoisuudesta ja
säiliön läpäisevyys säiliön huokosten ja murtumien jakautumisesta koon mukaan,
muodostuman vesileikkauksesta, paineesta, ruiskutusnopeudesta ja oksidin koostumuksesta
pyörä jne.
Muodostumishuokosissa olevan rikin syttymislämpötila on monimutkainen
reagoivan seoksen koostumuksen funktio, ominaishalkaisija, paine
niya, lämmönjohtavuus ja epäpuhtauksien esiintyminen nestemäisessä rikissä. Erityisesti,
osoitettiin, että rikkihöyryt voivat syttyä vain huokosissa
muutaman millimetrin kokoinen lämpötilan yläpuolella
kiehuvaa rikkiä. Siten rikin palaminen tapahtuu vain suurissa
muodostavat huokoset tunkeutumatta syvälle rikkilohkoihin. Koulutus ajo
in situ -rikin polttokeskuksen läsnäolo johtaa ominaisuuden ilmaantumiseen
lämpötilan piikikäs pituussuuntainen jakauma ≪lämpöaallon muodossa
ny≫, jossa on mahdollista erottaa esilämmitysalueet, vyöhyke
sula rikki, polttovyöhyke ja palanut malmivyöhyke. Voimalla
muodostuminen palaminen tapahtuu pääasiassa yläosassa, kun taas
"rikkilätäkkö" muodostuu muodostuman pohjalle. In situ -prosessi
Rikin palaminen tapahtuu useissa vaiheissa. Tuotannon ensimmäisessä vaiheessa
muodostuma sytytetään polttokeskuksen lämpötilalla, jota pidetään yllä asti
kunnes sen oma lämmön vapautuminen ylittää lämpöhäviön.
Muodosteen lämmetessä rikkihöyryt virtaavat hienojakoisista lohkoista
ne tunkeutuvat suurempiin huokosiin ja halkeamiin, joissa ne hapettuvat, ja jakautuvat
polttorintaman edessä oleva rikki sulatetaan malmilohkoista ja virtaa alas
kerroksen pohja. Siten prosessin toisessa vaiheessa polttokeskus
liikkuu vain suurimpia huokosia ja halkeamia pitkin. Jossa
osa hapettumatonta rikkihöyryä
tiivistyy lämmittämättömille vyöhykkeille tukkien muodostuman. Kolmanneksi,
prosessin pisin vaihe on rikin jälkipoltto lohkoissa
ja muodostelman alaosassa. Jokaisella vaiheella on oma riippuvuutensa
puhallusvirtausnopeuden ja rikkidioksidipitoisuuden välillä, mikä mahdollistaa sen
kyky hallita rikin maanalaista polttoprosessia tilan saavuttamiseksi
palamiskaasujen koostumus.
Maanalainen rikin polttotekniikka sisältää seuraavat
toiminnot:
1. Säiliön avaaminen kaivoilla ja niiden kotelo metallikuorilla
putkisarjoja muodostuman huipulle. Poraus säiliötä pitkin suoritetaan kolonnilla
kovy-menetelmä ydinnäytteenotolla.
2. Suoritetaan kokeellinen ilmanruiskutus kuoppiin mittauksin
käytämme sen painetta ja virtausnopeutta ajoissa suodatuksen määrittämiseen
säiliön ominaisuudet ja sen kuivuminen. Tunnistaa mahdollista
kaasuvuotoja, pysyviä höyryjä ruiskutetaan muodostukseen.
3. Muodosteen sytytys porausreikäkaasupolttimilla tai
laskeutuminen palavan koksin kasvoille. Sytytys pysähtyy, kun
rikkidioksidin polttokaasut, joiden pitoisuus on yli 3 %.
4. Palamiskaasujen koostumuksen säätäminen virtausnopeutta muuttamalla
ilmansyöttö, ilmansyöttöpiste ja kaasun poistokohta.
5. Palamiskaasujen kerääminen.
6. Polttokaasujen pölynpoisto ja kuivaus.
7. Rikkianhydridin katalyyttinen hapetus rikkihapon anhydridiksi
hydridiä, esimerkiksi kaksoiskosketuslaitteissa.
8. Rikkihapon saaminen oleumin absorboijassa.
9. Happaman jäteveden ja lietteen neutralointi ja hyödyntäminen.
Tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet: mitä säästää h e s
PSS-teknologioita voidaan ottaa käyttöön analogisesti CCGT:n kanssa kaasutuksen kannalta
kationin ja analogisesti ei-rautametallin rikkidioksidin käsittelyn kanssa
osia rikkihapporakojen tuotannosta. Laskelmat osoittavat, että verrattuna
niyu perusmenetelmillä hapon valmistamiseksi rikistä ja rikkikiisu teknisistä
PSS-tekniikka on kustannustehokasta minimaalisella tuotannolla
yrityksen kapasiteetti on 100 tuhatta tonnia rikkihappoa vuodessa.
Ympäristönäkökohdat P SS liittyvät ydinsulkutakuun
louhitun alueen ääriviivojen ulkopuolella oleva palamislähde ja myrkyllisten aineiden läpimurto
palamistuotteet pinnalle. Palojen sammutuskäytäntö palvelussa
osoittaa, että on olemassa kaksi perusperiaatetta
ongelman onnistunut ratkaisu - pysäyttää ilmavirran ja vähentää -
polttopaikan lämpötilan alentaminen. Tulipalon sattuessa lähellä avointa
Tällä pinnalla molemmat periaatteet voidaan toteuttaa erittäin vaikeasti.
Polttokeskuksen tarkoituksenmukaisen organisoinnin kanssa suuri syvyys,
kuten kokeet ovat osoittaneet, fokuksen eristämisen ongelma helpottaa suuresti
sya. Hapettimen syöttöhäiriöt johtavat merkittäviin tukkeutumiin
perifeerisille vyöhykkeille kondensoituneella rikillä ja paikan itseeristykseen
polttaminen. Veden syöttö suoraan tulisijaan on epäkäytännöllistä, koska
säiliön korkeista lämpötiloista johtuen, korkeapaine
höyryä, joka voi johtaa muodostuskivien repeämisen muodostumiseen ja
katot. Järkevin on reunan tulva
asianmukaisten valvontakaivojen järjestelmän olemassaolo.
PSS:n näkökulmia tehtävistä ja jatkotutkimuksista. per-
lupaava PSS:lle, kuten yllä näkyy, erittäin läpäisevä rikas
rikkiesiintymiä, mutta niiden osuus yhteiset resurssit luontainen rikki on pieni.
Siksi näyttää sopivimmalta kehittää muunneltu
menetelmän heikosti läpäiseviin rikkimalmeihin ja muihin
nitam. Erityisesti on osoitettu, että variantti voidaan toteuttaa onnistuneesti
muurahainen, jossa säädetään prosessin ensimmäisestä suorittamisesta kahdessa lähellä
sijaitsevat eristettyjä kaivoja. Sulatteen vyöhykkeiden yhdistämisen jälkeen
näiden kaivojen ympärille muodostuu sulkukanava, intensiteetti
prosessi lisääntyy ja vähitellen kaivot ovat mukana siinä
suurempi etäisyys.
Markkinointikelpoisten tuotteiden hankinnan alalla etsitään tekno-
loogiset kaaviot rikkihapon tuotannosta alhaisella pitoisuudella
hapan kaasu, alkuainerikin talteenottojärjestelmät, esim.
käyttämällä hapettomille vyöhykkeille muodostunutta rikkivetyä.
Yleisesti ottaen PSS-menetelmä on erittäin lupaava
mahdollinen vaihtoehto olemassa oleville rikin ja rikin tuotantotekniikoille
rikkihappoa ja kompensoimaan näiden tyyppien mahdollista puutetta
Tuotteet.
Kirjallisuus
1. Gridin O.M. Rikin poltto maanalaisena. Diss. kilpailua varten akateeminen askel.
cand. tekniikka. Sciences M., GIGHS, 1979.
2. Geotekniikan tutkimuksen metodologiset kysymykset. (numero Z). Alla
toim. V.Zh. Arensa, GIGHS, Lyubertsy, 1979.
3. Gridin O.M., Kuritsyna L.I., Gvozdev N.V. Laboratoriotutkimus
menetelmä rikin maanalaiseen polttamiseen. // Kaivos- ja kemianteollisuuden akseliton louhinta
raakamateriaalit. Tr. GIGHS, voi. 33, Lyubertsy, 1975.
4. Arens V.Zh. , Gridin O.M., Kuritsyna L.I., Khcheyan G.Kh. Main
rikin in situ -polttoprosessin säännöllisyydet. J. Physi-
kaivostoiminnan rinnakkaistekniset ongelmat, SO AS
Neuvostoliitto, nro 3, 1980.
5. Shvartsstein Ya.V., Kuzmin G.A. Rikkidioksidin saaminen sähköstä
mentary sulphur., M, Chemistry, 1972.
6. Miller Wendell S. Polttoprosessi rikin talteenottamiseksi maasta.
Pat. USA N 3131919, 4.5.1962.
7. White Philip D., Moss John T. In situ -hapetusreaktio rikissä
muodostumista, joka sisältää rikkiä. Pat. USAN 3410604, 12.1.1966.
8. Zeitlin A.N. Rikin palamisen säännönmukaisuudesta. Tr. NIOCHEM, voi.
12, L., Goshimizdat, 1959.
9. G'ugel B.M. Hapen rikin syttyvyyden ylärajat ja
seokset inerttien kaasujen kanssa. ZhFH, osa 14, no. 1, Neuvostoliiton tiedeakatemia, M., 1941.__
Rikin palaminen on monimutkainen prosessi, koska rikillä on molekyylejä eri numero atomien eri allotrooppisissa olomuodoissa ja sen fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien suuri riippuvuus lämpötilasta. Reaktiomekanismi ja tuotteiden saanto muuttuvat sekä lämpötilan että hapen paineen mukaan.
| Esimerkki kastepisteen riippuvuudesta palamistuotteiden CO2-pitoisuudesta. |
Rikin palaminen 80°C:ssa on mahdollista useista syistä. Tästä prosessista ei ole vielä olemassa vankkaa teoriaa. Oletetaan, että osa tästä tapahtuu itse uunissa korkeassa lämpötilassa ja riittävällä ilmaylimäärällä. Tähän suuntaan tehdyt tutkimukset (kuva 6b) osoittavat, että pienillä ilmaylimääräillä (luokkaa cst 105 ja alle) 80 s:n muodostuminen kaasuissa vähenee jyrkästi.
Rikin palaminen hapessa tapahtuu 280 C:ssa ja ilmassa 360 C:ssa.
Rikin palaminen tapahtuu koko uunin tilavuudessa. Tällöin kaasut saadaan väkevämmin ja niiden käsittely suoritetaan pienempikokoisissa laitteissa, ja kaasun puhdistus on lähes eliminoitu. Rikkiä polttamalla saatua rikkidioksidia käytetään rikkihapon valmistuksen lisäksi useilla teollisuudenaloilla öljypalojen puhdistukseen kylmäaineena, sokerin valmistuksessa jne. SCb:tä kuljetetaan terässylintereissä ja -säiliöissä nesteessä osavaltio. SO2:n nesteytys suoritetaan puristamalla esikuivattu ja jäähdytetty kaasu.
Rikin palaminen tapahtuu koko uunin tilavuudessa ja päättyy väliseinien 4 muodostamiin kammioihin, joihin syötetään lisäilmaa. Näistä kammioista poistetaan kuumaa uunikaasua, joka sisältää rikkidioksidia.
Rikin palaminen on erittäin helppo havaita mekaanisissa uuneissa. Uunien ylemmissä kerroksissa, joissa palavassa materiaalissa on paljon FeS2:ta, koko liekki on värjätty siniseksi - tämä on rikin palamiselle tyypillinen liekki.
Rikin polttoprosessi kuvataan yhtälöllä.
Rikin palamista seurataan uunin seinässä olevan tarkastuslasin läpi. Sulan rikin lämpötila tulee pitää välillä 145 - 155 C. Jos lämpötilaa nostetaan edelleen, rikin viskositeetti kasvaa vähitellen ja 190 C:ssa se muuttuu paksuksi tummanruskeaksi massaksi, mikä tekee sen pumppaamisen ja pumppaamisen erittäin vaikeaksi. spray.
Kun rikki palaa, rikkiatomia kohti on yksi happimolekyyli.
| Kaavio yhdistetystä kontaktitornijärjestelmästä, jossa käytetään luonnon tornihappoa raaka-aineena. |
Rikin palamisen aikana uunissa saadaan paahdettua rikkidioksidia, jonka S02-pitoisuus on noin 14 % ja lämpötila uunin ulostulossa noin 1000 C. Tällä lämpötilalla kaasu menee hukkalämpökattilaan 7, jossa höyryä saadaan laskemalla sen lämpötila 450 asteeseen. Rikkidioksidia, jonka SO2-pitoisuus on noin 8 %, on lähetettävä kosketuslaitteeseen 8, joten hukkalämpökattilan jälkeen osa kaasusta tai kaikki polttokaasu laimennetaan 8 % SO2:ksi lämmönvaihtimessa 9 lämmitetyllä ilmalla. Kosketuslaitteessa 50 - 70 % rikkihappoanhydridistä hapetetaan rikkihappoanhydridiksi.
