Установка производства серы из технического сероводорода. Физические свойства ромбической и моноклинной аллотропных форм. Основные физико-технологические свойства элементарной серы

Какие области применения серы Вы узнаете из этой статьи.

Области применения серы

Сера в природе встречается в свободном состоянии и в разных соединениях. Ею получают из самородных руд. Также она является побочным продуктом переработки полиметаллических руд, комплексной переработки сульфатов, очистки горючих ископаемых.

Применение серы в промышленности

Главным потребителем серы считается химическая промышленность, которая поглощает примерно половину добываемой серной кислоты. Из нее производят черный порох, сероуглерод, различные красители, бенгальские огни и светящиеся составы. Немалую часть серы потребляет бумажная промышленность.

В резиновой промышленности серу применяют для того, чтобы превратить каучук в резину. Свойства каучука, такие как эластичность и упругость, материал приобретает только после смешивания с серой и нагревания. Данный процесс имеет название вулканизация. Бывает 2-ух видов: горячая и холодная. Во время горячей вулканизации каучук с серой нагревают до 130-160°С. Холодная вулканизация проходит без нагревания, каучук обрабатывается хлоридом серы (S 2 C 12).

Когда к каучуку добавляют 0,5-5% серы, то получается мягкая резина, из которой изготавливают автомобильные камеры, покрышки, трубки, мячи. Если к материалу добавить 30-50% серы, то получается жесткий, неэластичный материал – эбонит. Это твердое вещество и электрический изолятор.

Применение серы в сельском хозяйстве осуществляется в элементарном виде и в виде соединений. Растения нуждаются в сере, поэтому изготавливают серные удобрения, которые повышают качество и количество урожая. Серные удобрения способствуют повышению морозостойкости злаков и образованию органических веществ. Также с помощью серы борются с болезнями растений хлопчатника и винограда. Ею окуривают зараженные зернохранилища, плодоовощехранилища, чесоточных животных.

Применение серы в медицине

Сера является основой мазей, которые излечивают грибковые заболевания кожи – чесотки, псориаза, себореи. Из органических соединений серы изготавливают сульфамидные препараты — сульфазол, сульфидин, норсульфазол, стрептоцид и сульфодимезин. Также их применяют внутрь как слабительное и отхаркивающее средство.

Основным потребителем серы является химическая промышленность. Примерно половина добываемой в мире серы идет на производство серной кислоты, роль которой в химической промышленности велика. Чтобы получить 1 т серной кислоты, нужно сжечь 300 кг серы.

Большое количество серы расходуется на производство черного пороха, сероуглерода, различных красителей, светящихся составов и бенгальских огней.

Значительную часть мировой добычи серы поглощает бумажная промышленность. Для того чтобы произвести 1 7 целлюлозы, нужно затратить более 100 кг серы.

В резиновой промышленности сера применяется для превращения каучука в резину. Свои ценные свойства (упругость, эластичность и др.) каучук приобретает после смешивания его с серой и нагревания до определенной температуры. Такой процесс носит название вулканизации. Последняя может быть горячей и холодной. В первом случае каучук нагревают с серой до 130--160°С. Этот способ был предложен в 1839 г. Ч. Гудиром. Во втором случае процесс ведут без нагревания, обрабатывая каучук хлоридом серы S2C12. Холодная вулканизация была предложена в 1J846 г. А. Парксом. Сущность вулканизации заключается в образовании новых связей между полимерными группами. При этом мостики могут содержать 1, 2, 3 и т. д. атомов серы:

сера свойство молекула кристаллический

Состав, распределение и энергия связей --С--Sn--С--

определяют многие важнейшие физико-механические свойства вулканизированных материалов. Если к каучуку присоединяется 0,5--5% серы, то образуется мягкая резина (автомобильные покрышки, камеры, мячи, трубки и т. д.). Присоединение к каучуку 30--50% серы приводит к образованию жесткого неэластичного материала--эбонита. Он представляет собой твердое вещество и является хорошим электрическим изолятором.

В сельском хозяйстве сера применяется как в элементарном виде, так и в виде соединений. Установлено, что потребность растений в этом элементе немногим меньше фосфора. Серные удобрения влияют не только на количество, но и качество урожая. Опытами доказано, что серные удобрения влияют на морозостойкость злаков. Они способствуют образованию органических веществ, содержащих сульфогидрильные группы-S-Н. Это приводит к изменению внутренней структуры белков, их гидрофильности, что повышает морозостойкость растений в целом. Применяют серу в сельском хозяйстве и для борьбы с болезнями растений, главным образом винограда и хлопчатника.

В медицине используется как элементарная сера, так и ее соединения. Например, мелкодисперсная сера--основа мазей, необходимых для лечения различных грибковых заболеваний кожи. Все сульфамидные препараты, (сульфидин, сульфазол, норсульфазол, сульфодимезин, стрептоцид и др.) --это органические соединения серы, например:

Растет количество серы, добываемой из недр земли, из промышленных газов, при очистке топлива. В мире сейчас уже производится на 10% серы больше, чем используется. Ей ищут новые области применения, предполагают использовать в строительной индустрии. В Канаде уже изготовлен серный пенопласт, который будет применен в строительстве шоссейных дорог и при прокладке трубопроводов в условиях вечной мерзлоты. В Монреале построен одноэтажный дом, состоящий из необычных блоков: 70% песка и 30% серы. Приготовляются блоки в металлических формах при температуре спекания 120°С. По прочности и стойкости они не уступают цементным. Защита их от окисления достигается покраской любым синтетическим лаком. Можно сооружать гаражи, магазины, склады и дачи. Появились сведения и о других строительных материалах, содержащих серу. Оказалось, что с помощью серы можно получать отличные асфальтовые покрытия, способные при сооружении автострад заменять трехкратное количество гравия. Такова, к примеру, смесь 13,5% серы, 6% асфальта и 80,5% песка.

Извлекаемая из природного газа смесь кислых газов наполовину и более по объему состоит из сероводорода. Остальная часть включает углекислый газ и небольшие количества серооксида углерода и углеводороды (метан, этан). Эта смесь кислых газов утилизируется обычно на месте очистки природного газа с целью получения из нее элементной серы.

Химия и технология процесса Клауса

После извлечения сероводорода его перерабатывают мето­дом Клауса в элементную серу. Процесс Клауса, названный по имени английского химика Карла Клауса, запатентовавшего в 1883 году способ получения серы из сероводорода, является основным процессом получения серы из сероводорода и основан на окислении сероводорода до серы.

В модифицированном вариан­те окисление проводят в две стадии-термическую и каталити­ческую. На термической стадии ведут пламенное окисление сероводорода воздухом со стехиометрическим количеством кислорода при 900-1350°С. При этом часть сероводорода окисляется до диоксида серы:

На каталитической стадии идет реакция между сероводоро­дом и диоксидом серы в присутствии катализатора - боксита или активного триоксида алюминия при 220-250 °С.

Одновременно с таким двухстадийным образованием серы протекает реакция прямого окисления:

Поскольку в составе кислых газов кроме сероводорода при­сутствуют другие компоненты, в процессе горения протекают также следующие побочные реакции:

Технология получения серы методом Клауса реализует ука­занные выше реакции обычно в три ступени.

Технологическое оформление процесса зависит при этом от состава кислого газа - содержания в нем сероводорода и углево­дородов.

Содержание углеводородов в кислом газе обычно невелико [до 5%(об.)] и их наличие значительно увеличивает расход воз­духа для горения, объем газов после горения и соответственно размеры оборудования. В зоне высоких температур при горении углеводородов образуется углерод, который снижает качество серы и ухудшает ее цвет. За счет реакций с сероводородом угле­род образует CS 2 и COS, которые не подвергаются в дальней­шем конверсии и, попадая в уходящий после процесса Клауса газ, уменьшают выход серы.

Принципиальная схема производства серы методом Клауса (Мубарекский ГПЗ) приведена на рис. 25.

По этой схеме почти весь кислый газ (95 - 98%) подается на первую терми­ческую ступень конверсии, представляющую собой паровой котел газотрубного типа. В зоне горения 1 (топке) этого котла поддерживается температура около 1100 о С, которая снижается до 350 о С после прохождения газами зоны трубного пучка, в котором генерируется водяной пар высокого давления (2,0 - 2,5 МПа). Затем газ охлаж­дается в конденсаторе 3 до 185°С и поступает на вторую ступень. Из низко­температурных зон термического реактора и охладителя 3 через серозатворы из системы выводится жидкая сера. Максимальный выход серы на первой ступени составляет 60 - 70% от общего ее выхода.

Рис.25. Принципиальная схема получения серы методом Клауса:

1, 4, 7 - печи для сжигания газа; 2 - термический реактор с узлом генерации водяного пара; 3, 6, 9 - охладители (конденсаторы); 5, 8 - реакторы второй и третьей ступени; 10 - уловитель серы; 11 - печь дожига; 12 - блок доочистки газа (процесс "СКОТ"); 13 - прием­ная емкость серы; I - кислый газ; II - воздух; III - топливный газ; IV- вода; V- водяной пар;VI- сера; VII и VIII - отходящий и очищенный дымовой газ.

Вторая ступень состоит из печи 4 для сжигания оставшейся части кислого газа и превращения оксида серы, содержащегося в газе после первой ступени. Реакции на этой ступени протекают при температуре 240 - 250°С в реакторе 5, заполненном катализатором (активированный оксид алюминия). В последнее время стали широко применяться катализаторы на основе диоксида титана (содержание ТiO 2 > 85%) фирмы "PRO-Catalist" (марки CRS-31, CRS-32). На выходе из реактора 5 температура достигает 330 о С. Газ затем охлаждается в охладителе до 170°С с выделением из него сконденсированной серы. Газ из охладителя 6 поступает на третью ступень, вначале в печь 7, где его температура повышается до 220 о С (за счет горения топливного газа III ), затем газ проходит реактор 8, в котором температура газа повышается на 20 - 30 о С (до 250°С). После этого газ снова охлаждается в охладителе 9, из которого сконденсированная сера отводится через серозатвор, а уходящий газ через сепаратор 10 направляется на дожиг в печь 11. В этой печи при 500 - 550 о С дожигаются остатки непрореагировавшего сероводорода, после чего хвостовой газ VII выбрасывается через выхлопную трубу. С целью снижения загрязнения атмосферы на многих установках Клауса используют блок очистки хвостового газа СКОТ 12 - абсорбционным поглощением SО 2 раствором сульфолана и диизопропаноламина.

Степень конверсии сероводорода в процессе Клауса является очень важным параметром, поскольку определяет выход серы и содержание вредных примесей в хвостовом газе.

Наиболее высокая конверсия (до 99,8%) достигается при температурах 110-120 о С. При этом содержание серы в газе на выходе из реактора составляет около 0,05-0,15 г/м 3 , основная часть этой серы находится в твердом виде.

Описание и свойства серы

Сера представляет собой вещество, которое находится в в 16 группе, под третьим периодом и имеет атомный номер – 16. Она может встретиться как в самородном, также и в связанном виде. Обозначается сера литерой S. Известна формула серы – (Ne)3s 2 3p 4 . Сера как элемент входит в состав многих белков.

На фото кристаллы серы

Если говорить о строении атома элемента серы , то на внешней его орбите есть электроны, валентное число которых достигает шести.

Это объясняет свойство элемента быть максимально шестивалентным в большинстве объединений. В структуре природного химического элемента есть четыре изотопа, и это – 32S, 33S, 34S и 36S. Говоря о внешней электронной оболочке, атом имеет схему 3s2 3р4. Радиус атома – 0,104 нанометра.

Свойства серы в первую очередь делятся на физического типа. К нему относится то, что элемент имеет твердый кристаллический состав. Два аллотропических видоизменения – основное состояние, в котором устойчив этот элемент серы.

Первое видоизменение ромбическое, имеющее лимонно-желтую окраску. Его устойчивость ниже, чем 95,6 °С. Второй – моноклинный, имеющий медово-желтую окраску. Его устойчивость колеблется от 95,6 °С и 119,3 °С.

На фото минерал сера

Во время плавки химический элемент стает движущейся жидкостью, имеющей желтый цвет. Она буреет, достигая температуры более 160 °С. А при 190 °С цвет серы превращается в темно-коричневый. После достижения отметки 190 °С наблюдается уменьшение вязкости вещества, которое все же после нагревания 300 °С стает жидкотекучим.

Другие свойства серы:

Практически не проводит тепла и электричества.

Не растворяется при погружении в воду.

Растворима в аммиаке, имеющем безводную структуру.

Также растворима в сероуглероде и других растворителях, имеющих органическую природу.

К характеристике элемента серы важно добавить и ее химические особенности. Она является активной в этом отношении. Если серу нагреть, то она может просто объединяться практически с любым химическим элементом.

На фото образец серы, добытый в Узбекистане

За исключением инертных газов. При контакте с металлами, хим. элемент образовывает сульфиды. Комнатная температура способствует тому, что элемент может вступить в реакцию с . Увеличенная температура способствует увеличению активности серы.

Рассмотрим, как поведение серы с отдельными веществами:

С металлами – является окислителем. Образовывает сульфиды.

С водородом – при высоких температурах – до 200 °С происходит активное взаимодействие.

С кислородом. Образовывается объединения оксидов при температурах до 280 °С.

С фосфором, углеродом – является окислителем. Только при отсутствии воздуха во время реакции.

С фтором – проявляет себя как восстановитель.

С веществами, имеющими сложную структуру – также как восстановитель.

Месторождения и добыча серы

Основной источник для получения серы – ее месторождения. В целом во всем мире насчитывается 1,4 млрд т запасов этого вещества. Ее добывают как при открытом и подземном способе выработки, так и с помощью выплавки из-под земли.

На фото добыча серы в вулкане Кава Иджен

Если применим последний случай, то используется вода, которую перегревают и расплавляют ею серу. В бедных рудах элемент содержится примерно в 12 %. Богатых – 25% и больше.

Распространенные типы месторождений:

Стратиформный – до 60%.

Солянокупольный – до 35 %.

Вулканогенный – до 5%.

Первый тип связан с толщами, несущими название сульфатно-карбонатных. При этом рудные тела, которые имеют мощность до нескольких десятков метров и с размером до сотни метров находятся в сульфатных породах.

Также эти пластовые залежи можно найти посреди пород сульфатного и карбонатного происхождения. Второй тип характеризуется залежами серого цвета, которые приурочиваются к соляным куполам.

Последний тип связывают с вулканами, имеющими молодую и современную структуру. При этом рудный элемент имеет пластообразную, линзовидную форму. В нем сера может содержаться в размере 40 %. Этот тип месторождения распространен в Тихоокеанском вулканическом поясе.

Месторождение серы в Евразии находится в Туркмении, в Поволжье и других местах. Породы серы находят возле левых берегов Волги, которые тянутся от Самары. Ширина полосы пород достигает нескольких километров. При этом их можно найти вплоть до Казани.

На фото сера в горной породе

В Техасе и Луизиане в кровлях соляных куполов находят огромное количество серы. Особо красивые Италийские этого элемента находят Романьи и Сицилии. А на острове Вулькано находят моноклинную серу. Элемент, который был окислен пиритом, нашли на Урале в Челябинской области.

Для добычи серы хим элемента используют разные способы. Все зависит от условия его залегания. При этом, конечно же, особое внимание уделяют безопасности.

Так как вместе с серной рудой скопляется сероводород, то необходимо особо серьезно подходить к любому способу добычи, ведь этот газ ядовитый для человека. Также и сера имеет свойство возгораться.

Чаще всего пользуются открытым способом. Так с помощью экскаваторов снимаются значительные части пород. Затем с помощью взрывов дробится рудная часть. Глыбы отправляются на фабрику для обогащения. Затем – на завод по плавке серы, где и получают серу из концентрата.

На фото сера в порту, привезенная морским транспортом

В случае глубокого залегания серы во многих объемах, используют метод Фраша. Сера расплавляется, находясь еще под землей. Затем, как и нефть выкачивается наружу через пробитую скважину. Такой подход основывается на том, что элемент легко плавится и имеет небольшую плотность.

Также известен способ разделения на центрифугах. Только этот способ имеет недостаток: сера получается с примесями. И тогда необходимо проводить ее дополнительную очистку.

В некоторых случаях используют скважный метод. Другие возможности добычи серного элемента:

Пароводяной.

Фильтрационный.

Термический.

Центрифугальный.

Экстракционный.

Применение серы

Большая часть добытой серы уходит, чтоб изготовить серную кислоту. А роль этого вещества очень огромная в химическом производстве. Примечательно, что для получения 1 тонны серного вещества необходимо 300 кг серы.

Бенгальские огни, которые ярко светятся и имеют много красителей, также производятся с помощью серы. Бумажная промышленность – это еще одна область, куда уходит значительная часть добытого вещества.

На фото серная мазь

Чаще всего применение сера находит при удовлетворении производственных нужд. Вот некоторые из них:

Использование в химическом производстве.

Для изготовления сульфитов, сульфатов.

Изготовление веществ для удобрения растений.

Чтоб получить цветные виды металлов.

Для придачи стали дополнительных свойств.

Для изготовления спичек, материалов для взрывов и пиротехники.

Краски, волокна из искусственных материалов – изготовляются при помощи этого элемента.

Для отбеливания ткани.

В некоторых случаях элемент сера входит в мази, которые лечат кожные болезни.

Цена серы

По последним новостям необходимость в сере активно растет. Стоимость на российский продукт равняется 130 долларам. На канадский вариант – 145 долларов. А вот в Ближнем Востоке цены возросли до 8 долларов, что привело к стоимости в 149 долларов.

На фото крупный экземпляр минерала сера

В аптеках можно найти молоту в порошок серу по цене от 10 до 30 рублей. К тому же есть возможность купить ее оптом. Некоторые организации предлагают по невысокой цене приобрести гранулированную техническую газовую серу .

Многие люди стремятся создать свой бизнес на строительной отрасли, которая уже несколько лет подряд относится к наиболее прибыльной. Да, на самом деле это так. Но при этом важно учесть и найти свою, более низко конкурентную ячейку. Конечно, на второй план выходит добыча ископаемых. Но, здесь работать и начать бизнес очень сложно. Да и высокая конкуренция может быстро свести бизнес к нулю. Другое дело - переработка сырья. Такая отрасль мене затратная, не требует больших вложений, да и найти место сбыта всегда можно.

Ярким примером тому является производство серы. Перспективное направление на грани добывающей и химической промышленности. Хоть на фоне производства золота или железа, алюминия, такая деятельность выглядит более бедно, прибыль будет существенная. Она широко применяется в многих химических продуктах (серная кислота, сероуглерод, диоксид серы), также без нее невозможно производство взрывчатых веществ, удобрений, спичек, бумаги и так далее. Бизнес по производству серы очень прост: небольшие вложения, однокомпонентное сырье и несложное техническое производство, простой рынок сбыта. В любом случае спрос на данный продукт остается стабильным.

Помещение.

Для изготовления серы необходимо просторное помещение, от 600 метров квадратным. Важным условием успешного бизнеса является работа в три смены, 24 часа в сутки. Это должно быть закрытое помещение с хорошо продуманной пожарной безопасностью. Высота потолков в помещении должна достигать 4 метров. Важно зонально разделить помещение на производственную зону, секцию со складом готовой продукции и вспомогательными помещениями, стоянка автопогрузчиков, секция грануляции серы, склады, разгрузочно-погрузочная зона.

Арендуя и реставрируя выбранное для производства помещения важно учесть все нормы безопасности труда, охраны окружающей среды. Хранение серы должно осуществляться лишь в специально предусмотренных для этого помещениях. Важно производить очистку воздуха, уборка должна быть осуществлена не реже одного раза в две недели. Общая стоимость аренды такого просторного помещения будет зависеть от выбранной местности и характеристик самого помещения, необходимости дополнительного вложения.

При этом стоит рассчитывать на сумму не менее 1,4 тыс. $.

Оборудование.

При получении серы из кислых газов необходимо купить такое оборудование:

1. Молотовая дробилка - 2 тыс. $;
2. Топка с кипящим слоем - 2,3 тыс. $;
3. Бойлер - 400 $;
4. Камера горения - 1,2 тыс. $;
5. Конденсатор - 3 тыс. $;
6. Паровая установка - 1,5 тыс. $;
7. Печь-реактор - 900 $;
8. Конвектор - 500 $;
9. Воздушный ящик - 300 $;
10. Погрузочное оборудование - 3 тыс. $.

Минимальное количество средств, необходимое для закупки производственной линии будет составлять 13 тыс. $.

Можно выбрать установку как от китайских, так и от европейских производителей. Выбор необходимо делать, ориентируясь на процентный выход серы. Качественные технологии позволяют получать более 97 % серы.

Сырье.

Производство серы осуществляется из нефтезаводских и сероводородсодержащих газов. Самым популярным считается метод Клауса, который, при использовании качественного оборудования позволяет получить не менее 94 % серы на выходе. Основной объем остальной части составляет углекислый газ, и есть малое количество серооксида углерода и углеводородов (метан, этан). При этом сера будет выступать побочным продуктом в данной реакции. Но именно ее необходимо сохранить. В первую очередь из смеси кислых газов получают сероводород, позже методом переработки выделяют элементарную серу. При этом существует возможность получения серной лепешки или жидкой серы для различных нужд.

На закупку сырья необходимо подготовить около 5 тыс. $

Персонал.

На предприятии с площадью 600 метров квадратных, при условиях работы в три смены, 24 часа в сутки необходим персонал в количестве 19 человек:

1. Монтер - 1 человек;
2. Ремонтник машин - 1 человек;
3. Система дробления - 2 человека;
4. Водитель погрузочного оборудования - 1 человек;
5. Система истирания - 3 человека;
6. Система обжига - 6 человек;
7. Система теплоснабжения - 6 человек.

Персонал важно нанимать с специальным образованием. Людей на предприятии обеспечивают сменной обувью и одеждой, проводится частый инструктаж.

Маркетинг.

Даже в этой отрасли необходим маркетинг, вот только делать его необходимо правильно. Возможны рекламные публикации, но только использование исключительно специализированной литературы. Помогут развитию участие в выставках и семинарах. Важной будет реклама в интернете, создать хотя б сайт страничку будет уместно. Также помогут проведенные личные встречи переговоры с потенциальными покупателями вашего сырья.

Стартовые траты.

К первоначальным тратам на заре развития бизнеса будут относить:

1. Аренда помещения - 1,4 тыс. $;
2. Закупка оборудования - 13 тыс. $;
3. Закупка сырья - 5 тыс. $;
4. Персонал - 8 тыс. $;
5. Маркетинг - 700 $.

Стартовым капиталом для развития бизнеса по производству серы будет являться сумма в 38 тыс. $.

Прибыль и окупаемость.

Производительность оборудования позволяет изготавливать около 40 тыс. тонн в год. Окупаемость при правильном направлении сбыта осуществиться уже через 18 месяцев. Оптовая цена одной тонны составит 14 тыс. $. Выгоднее изготавливать серу в жидком состоянии, поскольку именно в таком виде она пользуется большей популярностью.

Клиенты и развитие.

Клиентами в данной отрасли является промышленность, где при производстве различных изделий необходима чистая серы (описано выше). В качестве перспектив к развитию можно отнести открытие комплексного химического комбината, который будет заниматься изготовлением серных реактивов, спичек или инсектицидов.