Le soufre est un élément chimique qui appartient au sixième groupe et à la troisième période du tableau périodique. Dans cet article, nous examinerons de plus près sa composition chimique et sa préparation, son utilisation, etc. La caractéristique physique comprend des caractéristiques telles que la couleur, le niveau de conductivité électrique, le point d'ébullition du soufre, etc. Le produit chimique décrit son interaction avec d'autres substances.

Le soufre du point de vue de la physique

C'est une substance fragile. Dans des conditions normales, il est dans un état solide d'agrégation. Le soufre a une couleur jaune citron.

Et pour la plupart, tous ses composés sont jaunes. Il ne se dissout pas dans l'eau. Il a une faible conductivité thermique et électrique. Ces caractéristiques le caractérisent comme un non-métal typique. Malgré le fait que la composition chimique du soufre ne soit pas du tout complexe, cette substance peut présenter plusieurs variantes. Tout dépend de la structure du réseau cristallin, à l'aide duquel les atomes sont connectés, mais ils ne forment pas de molécules.

Ainsi, la première option est le soufre rhombique. Elle est la plus stable. Le point d'ébullition de ce type de soufre est de quatre cent quarante-cinq degrés Celsius. Mais pour qu'une substance donnée passe à un état d'agrégation gazeux, il faut d'abord qu'elle passe par un état liquide. Ainsi, le soufre fond à une température de cent treize degrés Celsius.

La deuxième option est le soufre monoclinique. Ce sont des cristaux aciculaires de couleur jaune foncé. Faire fondre le soufre du premier type, puis le refroidir lentement conduit à la formation de ce type. Cette variété a presque les mêmes caractéristiques physiques. Par exemple, le point d'ébullition de ce type de soufre est le même quatre cent quarante-cinq degrés. De plus, il existe une telle variété de cette substance que le plastique. Il est obtenu en versant de l'eau rhombique dans de l'eau froide chauffée presque à ébullition. Le point d'ébullition de ce type de soufre est le même. Mais la substance a la propriété de s'étirer comme du caoutchouc.

Un autre élément de la caractéristique physique dont je voudrais parler est la température d'inflammation du soufre.

Cet indicateur peut varier selon le type de matériau et son origine. Par exemple, la température d'inflammation du soufre technique est de cent quatre-vingt-dix degrés. C'est un chiffre assez bas. Dans d'autres cas, le point éclair du soufre peut être de deux cent quarante-huit degrés et même de deux cent cinquante-six. Tout dépend du matériau à partir duquel il a été extrait, de sa densité. Mais nous pouvons conclure que la température de combustion du soufre est assez basse, en comparaison avec d'autres éléments chimiques, c'est une substance inflammable. De plus, le soufre peut parfois se combiner en molécules composées de huit, six, quatre ou deux atomes. Maintenant, après avoir considéré le soufre du point de vue de la physique, passons à la section suivante.

Caractérisation chimique du soufre

Cet élément a une masse atomique relativement faible, elle est égale à trente-deux grammes par mole. La caractéristique de l'élément soufre comprend une caractéristique de cette substance telle que la capacité d'avoir un état d'oxydation différent. C'est en quoi il diffère, disons, de l'hydrogène ou de l'oxygène. Considérant la question de quelle est la caractéristique chimique de l'élément soufre, il est impossible de ne pas mentionner que, selon les conditions, il présente à la fois des propriétés réductrices et oxydantes. Ainsi, dans l'ordre, considérons l'interaction d'une substance donnée avec divers composés chimiques.

Soufre et substances simples

Les substances simples sont des substances qui ne contiennent qu'un seul élément chimique. Ses atomes peuvent se combiner en molécules, comme par exemple dans le cas de l'oxygène, ou ne pas se combiner, comme c'est le cas pour les métaux. Ainsi, le soufre peut réagir avec les métaux, d'autres non-métaux et les halogènes.

Interaction avec les métaux

Pour effectuer ce genre de processus, une température élevée est nécessaire. Dans ces conditions, une réaction d'addition se produit. C'est-à-dire que les atomes de métal se combinent avec les atomes de soufre pour former des substances complexes, des sulfures. Par exemple, si vous chauffez deux moles de potassium en les mélangeant avec une mole de soufre, vous obtenez une mole de sulfure de ce métal. L'équation peut s'écrire comme suit : 2K + S = K 2 S.

Réaction avec l'oxygène

C'est la combustion du soufre. À la suite de ce processus, son oxyde est formé. Ce dernier peut être de deux types. Par conséquent, la combustion du soufre peut avoir lieu en deux étapes. Le premier est lorsqu'une mole de dioxyde de soufre est formée à partir d'une mole de soufre et d'une mole d'oxygène. L'équation de cette réaction chimique peut s'écrire comme suit : S + O 2 = SO 2. La deuxième étape est l'ajout d'un atome d'oxygène supplémentaire au dioxyde. Cela se produit si vous ajoutez une mole d'oxygène à deux moles dans des conditions de température élevée. En conséquence, nous obtenons deux moles de trioxyde de sulfurium. L'équation de cette interaction chimique ressemble à ceci : 2SO 2 + O 2 = 2SO 3. À la suite de cette réaction, de l'acide sulfurique est formé. Ainsi, après avoir effectué les deux processus décrits, vous pouvez faire passer le trioxyde résultant à travers un flux de vapeur d'eau. Et on obtient l'équation d'une telle réaction qui s'écrit comme suit : SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4.

6interactions avec les halogènes

Les produits chimiques, comme les autres non-métaux, lui permettent de réagir avec un groupe donné de substances. Il comprend des composés tels que le fluor, le brome, le chlore, l'iode. Le soufre réagit avec n'importe lequel d'entre eux sauf le dernier. Un exemple est le processus de fluoration de l'élément du tableau périodique que nous considérons. En chauffant ledit non-métal avec un halogène, deux variations de fluorure peuvent être obtenues. Le premier cas : si l'on prend une mole de soufre et trois moles de fluor, on obtient une mole de fluorure dont la formule est SF 6. L'équation ressemble à ceci : S + 3F 2 = SF 6. De plus, il existe une deuxième option : si nous prenons une mole de soufre et deux moles de fluor, nous obtenons une mole de fluorure de formule chimique SF 4. L'équation s'écrit comme suit : S + 2F 2 = SF 4. Comme vous pouvez le voir, tout dépend des proportions dans lesquelles mélanger les composants. De la même manière, vous pouvez effectuer le processus de chloration du soufre (deux substances différentes peuvent également être formées) ou de bromation.

Interaction avec d'autres substances simples

Ce n'est pas la fin de la caractérisation de l'élément soufre. Il peut également réagir chimiquement avec l'hydrogène, le phosphore et le carbone. En raison de l'interaction avec l'hydrogène, de l'acide sulfurique est formé. À la suite de sa réaction avec les métaux, leurs sulfures peuvent être obtenus, qui, à leur tour, sont également obtenus par interaction directe du soufre avec le même métal. La fixation des atomes d'hydrogène aux atomes de soufre ne se produit que dans des conditions de température très élevée. Lorsque le soufre réagit avec le phosphore, son phosphure se forme. Il a la formule suivante : P 2 S 3. Pour obtenir une mole de cette substance, vous devez prendre deux moles de phosphore et trois moles de soufre. Lorsque le soufre interagit avec le carbone, un carbure du non-métal considéré se forme. Sa formule chimique ressemble à ceci : CS 2. Pour obtenir une mole d'une substance donnée, vous devez prendre une mole de carbone et deux moles de soufre. Toutes les réactions d'addition décrites ci-dessus ne se produisent que lorsque les réactifs sont chauffés à des températures élevées. Nous avons examiné l'interaction du soufre avec des substances simples, passons maintenant au point suivant.

Soufre et composés complexes

Les substances complexes sont les substances dont les molécules sont constituées de deux (ou plus) éléments différents. Les propriétés chimiques du soufre lui permettent de réagir avec des composés tels que les alcalis et l'acide sulfaté concentré. Ses réactions avec ces substances sont assez particulières. Tout d'abord, considérons ce qui se passe lorsque le non-métal en question est mélangé avec un alcali. Par exemple, si vous prenez six moles et que vous leur ajoutez trois moles de soufre, vous obtenez deux moles de sulfure de potassium, une mole de ce sulfite métallique et trois moles d'eau. Ce type de réaction peut être exprimé par l'équation suivante : 6KOH + 3S = 2K 2 S + K2SO 3 + 3H 2 O. Selon le même principe, l'interaction a lieu, si vous ajoutez Ensuite, considérez le comportement du soufre lorsqu'un une solution concentrée d'acide sulfate y est ajoutée. Si nous prenons une mole de la première et deux moles de la deuxième substance, nous obtenons les produits suivants: trioxyde de soufre en une quantité de trois moles et eau - deux moles. Cette réaction chimique ne peut avoir lieu que lorsque les réactifs sont chauffés à haute température.

Obtention du non-métal en question

Il existe plusieurs manières principales d'extraire le soufre d'une variété de substances. La première méthode consiste à l'extraire de la pyrite. La formule chimique de ce dernier est FeS 2. Lorsqu'une substance donnée est chauffée à haute température sans accès à l'oxygène, un autre sulfure de fer - FeS - et du soufre peuvent être obtenus. L'équation de la réaction s'écrit sous la forme suivante : FeS 2 = FeS + S. La deuxième méthode de production de soufre, souvent utilisée dans l'industrie, est la combustion du sulfure de soufre, à condition qu'il y ait une petite quantité d'oxygène. Dans ce cas, le non-métal en question et l'eau peuvent être obtenus. Pour effectuer la réaction, vous devez prendre les composants dans un rapport molaire de deux à un. En conséquence, nous obtenons les produits finaux dans des proportions de deux à deux. L'équation de cette réaction chimique peut être écrite comme suit : 2H 2 S + O 2 = 2S + 2H 2 O. De plus, le soufre peut être obtenu au cours de divers procédés métallurgiques, par exemple, dans la production de métaux tels que nickel, cuivre et autres.

Utilisation industrielle

Le non-métal que nous considérons a trouvé sa plus large application dans l'industrie chimique. Comme mentionné ci-dessus, il est ici utilisé pour en obtenir de l'acide sulfate. De plus, le soufre est utilisé comme composant pour la fabrication d'allumettes, du fait qu'il s'agit d'un matériau inflammable. Il est également irremplaçable dans la production d'explosifs, de poudre à canon, de cierges magiques, etc. De plus, le soufre est utilisé comme l'un des ingrédients de la lutte antiparasitaire. En médecine, il est utilisé comme composant dans la fabrication de médicaments pour les maladies de la peau. En outre, la substance en question est utilisée dans la production de divers colorants. De plus, il est utilisé dans la fabrication de luminophores.

Structure électronique du soufre

Comme vous le savez, tous les atomes sont constitués d'un noyau dans lequel se trouvent des protons - des particules chargées positivement - et des neutrons, c'est-à-dire des particules sans charge. Les électrons tournent autour du noyau dont la charge est négative. Pour qu'un atome soit neutre, sa structure doit avoir le même nombre de protons et d'électrons. S'il y a plus de ces derniers, c'est déjà un ion négatif - un anion. Si, au contraire, il y a plus de protons que d'électrons, il s'agit d'un ion positif, ou cation. L'anion soufre peut agir comme un résidu acide. Il fait partie des molécules de substances telles que l'acide sulfurique (sulfure d'hydrogène) et les sulfures métalliques. L'anion est formé lors de la dissociation électrolytique, qui se produit lorsqu'une substance est dissoute dans l'eau. Dans ce cas, la molécule se décompose en un cation, qui peut se présenter sous la forme d'un ion métallique ou d'hydrogène, ainsi qu'un cation - un ion d'un résidu acide ou un groupe hydroxyle (OH-).

Étant donné que le nombre ordinal de soufre dans le tableau périodique est de seize, nous pouvons conclure qu'il y a exactement un tel nombre de protons dans son noyau. Sur cette base, nous pouvons dire qu'il y a également seize électrons en orbite autour. Le nombre de neutrons peut être trouvé en soustrayant le nombre ordinal d'un élément chimique de la masse molaire : 32 - 16 = 16. Chaque électron ne tourne pas de manière chaotique, mais sur une certaine orbite. Le soufre étant un élément chimique appartenant à la troisième période du tableau périodique, il existe trois orbites autour du noyau. Le premier d'entre eux a deux électrons, le second en a huit et le troisième en a six. La formule électronique de l'atome de soufre s'écrit comme suit : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.

Prévalence dans la nature

Fondamentalement, l'élément chimique considéré se trouve dans la composition des minéraux, qui sont des sulfures de divers métaux. Tout d'abord, c'est de la pyrite - un sel de fer ; c'est aussi du plomb, de l'argent, du cuivre lustre, du zinc blende, du cinabre - du sulfure de mercure. De plus, le soufre peut également faire partie de minéraux dont la structure est représentée par trois éléments chimiques ou plus.

Par exemple, chalcopyrite, mirabilite, kiesérite, gypse. Vous pouvez examiner chacun d'eux plus en détail. La pyrite est du sulfure de fer ou FeS 2. Il a une couleur jaune clair avec des reflets dorés. Ce minéral peut souvent être trouvé sous forme d'impureté dans le lapis-lazuli, qui est largement utilisé pour fabriquer des bijoux. Cela est dû au fait que ces deux minéraux ont souvent un gisement commun. L'éclat du cuivre - la chalcocite, ou chalcocite - est une substance gris bleuâtre semblable au métal. et le lustre d'argent (argentite) ont des propriétés similaires : ils ressemblent tous les deux à des métaux en apparence, ont une couleur grise. Le cinabre est un minéral rouge brunâtre terne avec des taches grises. La chalcopyrite, dont la formule chimique est CuFeS 2, est de couleur jaune doré, elle est aussi appelée blende d'or. Le blende de zinc (sphalérite) peut être de couleur ambre à orange ardent. Mirabilite - Na 2 SO 4 x10H 2 O - cristaux transparents ou blancs. On l'appelle aussi utilisé en médecine. La formule chimique de la kiesérite est MgSO 4 xH 2 O. Elle ressemble à une poudre blanche ou incolore. La formule chimique du gypse est CaSO 4 x2H 2 O. De plus, cet élément chimique fait partie des cellules des organismes vivants et est un oligo-élément important.

C'est un élément chimique situé dans le sixième groupe, la troisième période du tableau périodique. Il s'agit d'une substance fragile qui se trouve, dans des conditions normales, dans un état solide d'agrégation. Le soufre est jaune citron. De nombreux composés de cet élément sont dotés de la même teinte.

Caractéristiques physiques du soufre

Le soufre ne se dissout pas dans l'eau, a une faible conductivité électrique et thermique et présente les propriétés d'un non-métal typique. Une substance peut exister sous plusieurs variantes, selon la structure du réseau cristallin qui relie les atomes.

La première option d'élément est soufre rhombique, la substance la plus résistante. Bouille à 445°C. Avant de passer à l'état d'agrégation gazeux, cette substance doit devenir liquide. Le soufre rhombique est fondu à une température de 113°C.

La deuxième option est soufre monoclinique, qui sont des cristaux en forme d'aiguille de couleur jaune foncé. Cette substance est formée par la fusion du soufre rhombique et son refroidissement lent. Le point d'ébullition du soufre monoclinique est de 445°C. Il existe un type plastique de soufre monoclinique, qui est obtenu en versant du soufre rhombique presque bouillant dans de l'eau froide. Cette substance a la propriété de s'étirer comme du caoutchouc.

Le point éclair du soufre dépend du type de matériau et de son origine. Par exemple, le soufre technique s'enflamme à une température de 190 ° C. Dans d'autres conditions, le point d'éclair du soufre est de 248 ° C et même de 256 ° C - selon le matériau dont le soufre a été extrait et la densité de la substance. Dans tous les cas, la température de combustion du soufre est assez basse par rapport aux autres éléments chimiques. Le soufre est une substance inflammable.

Caractéristiques chimiques du soufre, son interaction avec les métaux

Le soufre a une masse atomique relativement faible (32 g/mol). L'élément peut avoir différents états d'oxydation. C'est ainsi que le soufre diffère de l'oxygène ou de l'hydrogène. Le soufre, selon les conditions, est susceptible de présenter des propriétés réductrices ou oxydantes.

Des températures élevées sont nécessaires pour que le soufre réagisse avec les métaux. Dans de telles conditions, une réaction d'addition aura lieu : les atomes de métal se combineront avec les atomes de soufre, formant des substances complexes - des sulfures. Par exemple, si vous chauffez 2 moles de potassium, mélangez-les avec 1 mole de soufre, 1 mole de sulfure de potassium se forme. Équation de réaction :

Structure moléculaire du sulfure de potassium

Réaction du soufre avec des halogènes et d'autres substances simples

Le soufre, comme les autres non-métaux, réagit avec les halogènes. Le soufre réagit avec le brome, le fluor, le chlore, mais n'interagit pas avec l'iode. Un exemple est la fluoration du soufre. Si le soufre est chauffé avec un halogène, deux variations de fluorure sont formées.

Structure moléculaire du fluorure de soufre

Première option: prenez 1 mole de soufre et trois 3 moles de fluor, 1 mole de fluorure - SF₆ est formé. Équation de réaction :

S + 3F₂ = SF₆

Deuxième option: prenez 1 mol de soufre et 2 mol de fluor, 1 mol de fluorure de formule chimique SF₄ se forme. Équation de réaction :

S + 2F₂ = SF₄

La réaction des halogènes avec le soufre dépend des proportions dans lesquelles les composants sont mélangés. De la même manière, la bromation du soufre ou la chloration du soufre est effectuée (à la suite de la réaction, deux substances différentes sont également formées).

Le soufre réagit chimiquement avec le phosphore, l'hydrogène et le carbone. Lorsque le soufre réagit avec l'hydrogène, du sulfure d'hydrogène se forme. À la suite de la réaction du sulfure d'hydrogène avec des métaux, leurs sulfures se forment, qui sont également obtenus par l'interaction directe du soufre avec le même métal.

La fixation des atomes d'hydrogène aux atomes de soufre se produit exclusivement dans des conditions de très haute température. Lorsque le soufre réagit avec le phosphore, il se forme du phosphure de soufre - P₂S₃. Pour obtenir 1 mole de phosphure de soufre, vous devez prendre 2 moles de phosphore et 3 moles de "soufre". Lorsque le soufre réagit avec le carbone, il se forme du disulfure de carbone CS₂. Pour obtenir 1 mole de disulfure de carbone, vous devez prendre 1 mole de carbone et 2 moles de soufre. Les réactions d'addition décrites se déroulent lorsque les réactifs sont chauffés à des températures élevées. Une expérience intéressante peut être réalisée avec de la poudre de soufre jaune et fondue en une masse visqueuse noire.

Réaction du soufre avec l'oxygène

On ne peut pas considérer toutes les réactions avec le soufre et passer à côté de son interaction avec l'oxygène. Pour comprendre le processus, une expérience de laboratoire peut être réalisée : lors de la réaction de décomposition du permanganate de potassium, le ballon sera rempli d'oxygène. Ensuite, le soufre est allumé dans une cuillère à combustion et plongé dans un ballon avec de l'oxygène. Le soufre brûle intensément dans l'air avec une flamme bleu-violet brillante. Progressivement, une brume blanche va remplir le flacon.

Soufre brûlant

La réaction entre l'oxygène et le soufre est une réaction redox, où le soufre est un agent réducteur et l'oxygène est un agent oxydant. La vitesse de combustion du soufre dans l'oxygène pur augmente en raison d'une augmentation presque quintuplée de la concentration en oxygène.

La chaleur lors de la combustion du soufre dans l'air n'est pas dépensée pour chauffer le ballast (azote), donc la température des réactifs augmente plus que dans l'air. De ce fait, l'intensité de la combustion augmente également. Lors de la combustion, le soufre se combine avec l'oxygène, formant un gaz de dioxyde de soufre - l'oxyde de soufre SO₂, qui remplit progressivement le cylindre. Équation de réaction :

S + O₂ = SO₂ + Q.

Le dioxyde de soufre, combiné à la vapeur d'eau, forme de l'acide sulfureux :

SO₂ + H₂O = H₂SO₃

L'acide sulfureux est oxydé en acide sulfurique :

2H₂SO₃ + O₂ = 2H₂SO₄

À la suite des réactions décrites, un brouillard de gouttelettes d'acides sulfurique et sulfureux se forme dans le cylindre.

Académie d'État de Moscou

Technologie de chimie fine

Nommé d'après M.V. Lomonossov

Travail de cours

Discipline : Fondements de la technologie chimique

Sur le thème de :

Production d'acide sulfurique à partir de soufre.

Prof: Igoumnov Mikhaïl Stepanovitch

Élève: Troyan Natalia Sergueïevna

Groupe M-32

Moscou 1999

Introduction ................................................. ....................................... 3

Matières premières ................................................. . ........................ sept

Caractéristiques du produit cible ....................................... 8

Schéma chimique du procédé ....................................................... . dix

1.Combustion du soufre. ......................................................................... 10

2. Oxydation par contact du SO 2 en SO 3 ............................................ 11

3. Absorption de trioxyde de soufre. ..................................................... 12

Tâche de calcul ................................................. . .............. 14

Calcul ................................................................ . ............. 15

.................................. 15

............................. 16

3. Bilan matière. ............................................................. 19

Bibliographie................................................................. . ................ vingt

Introduction.

L'acide sulfurique est l'acide le plus fort et le moins cher. Parmi les acides minéraux produits par l'industrie chimique, l'acide sulfurique occupe la première place en termes de production et de consommation. L'acide sulfurique ne fume pas, sous forme concentrée ne détruit pas les métaux ferreux, en même temps c'est l'un des acides les plus forts, dans une large plage de température (de -40 ... -20 à 260 - 336,5 * C) il est à l'état liquide. Il est largement utilisé dans la production d'engrais minéraux, de divers sels et acides, de toutes sortes de produits organiques, de colorants, de fumée et d'explosifs, etc. L'acide sulfurique trouve diverses applications dans le pétrole, la métallurgie, la métallurgie, le textile, le cuir et d'autres industries, est utilisé comme agent hydrofuge et desséchant, est utilisé dans la neutralisation, la gravure, etc. Les applications les plus importantes de l'acide sulfurique sont illustrées dans le diagramme.

Au 13ème siècle, l'acide sulfurique était obtenu en petites quantités par la décomposition thermique du sulfate ferreux FeSO 4, donc encore aujourd'hui l'une des variétés d'acide sulfurique s'appelle l'huile de vitriol, bien que l'acide sulfurique n'ait pas été produit à partir de vitriol depuis longtemps. temps.

Actuellement, l'acide sulfurique est produit de deux manières : nitreuse, qui existe depuis plus de 200 ans, et par contact, développé dans l'industrie à la fin du 19e et au début du 20e siècle. La méthode de contact remplace la méthode nitreuse (tour). La première étape de la production d'acide sulfurique par n'importe quelle méthode est la production de dioxyde de soufre en brûlant des matières premières sulfureuses. Après purification du dioxyde de soufre (en particulier dans la méthode de contact), il est oxydé en trioxyde de soufre, qui est combiné avec de l'eau pour obtenir de l'acide sulfurique. L'oxydation du SO 2 en SO 3 dans des conditions normales est extrêmement lente. Des catalyseurs sont utilisés pour accélérer le processus.

Actuellement, l'acide sulfurique concentré, l'oléum et l'anhydride sulfurique à 100 % sont obtenus par la méthode du contact.

Parallèlement à l'augmentation de la production d'acide sulfurique, la gamme de produits des usines d'acide sulfurique s'élargit, la production d'acide ultra-pur, 100 % SO 2 , d'oléum et d'acide de haute qualité s'organise, ainsi que la production de nouveaux produits à base de SO 2 est en augmentation. En plus de l'oléum, de l'acide sulfurique concentré et de l'acide de batterie, les usines nationales produisent également plus d'acide de contact pur de qualité améliorée (pour la production de fibres artificielles, de blanc de titane, etc.), d'oléum pur, d'acide sulfurique chimiquement pur et réactif.

Des améliorations significatives ont été apportées au processus de production d'acide sulfurique ces dernières années. La combustion de la pyrite dans un lit fluidisé et la combustion du soufre dans un four à cyclone sont largement utilisées ; l'utilisation de la chaleur dégagée lors de la combustion des matières premières, et à d'autres étapes de la production d'acide sulfurique, est considérablement augmentée. La productivité des systèmes de tour d'acide sulfurique est continuellement augmentée grâce au maintien du régime technologique optimal, développé sur la base de la recherche ; l'intensité des systèmes de tours atteint 250 kg/m 3 par jour. Un procédé à tour de contact pour la production d'acide sulfurique a été maîtrisé, dans lequel la consommation de HNO 3 est de 6 à 7 kg pour 1 tonne de H 2 SO 4.

En contact Dans le procédé de production d'acide sulfurique, l'oxydation du dioxyde de soufre en trioxyde est réalisée sur des masses de contact solides. Grâce à l'amélioration de la méthode de production par contact, le coût de l'acide sulfurique de contact plus pur et hautement concentré n'est que légèrement supérieur à celui de l'acide tour. Actuellement, plus de 90 % de tout l'acide est produit par la méthode de contact.

Une masse de contact de vanadium thermiquement stable (sous forme de granulés et d'anneaux) avec une faible température d'inflammation est maintenant utilisée comme catalyseur pour le processus de contact. Des travaux ont été menés pour maîtriser le procédé d'oxydation du SO 2 en lit fluidisé de catalyseur. Une amélioration importante est le double contact, qui fournit un état d'oxydation élevé du SO 2 sur le catalyseur (jusqu'à 99,8 %) et élimine donc le besoin d'un nettoyage sanitaire supplémentaire des gaz d'échappement.

Le processus de condensation de H 2 SO 4 est introduit, remplaçant l'absorption d'anhydride sulfurique.

Également pour la production d'acide sulfurique, d'anhydride ou de sulfate de calcium anhydre CaSO 4, de gypse ou de sel dihydraté CaSO 4 * 2H 2 O et de phosphogypse, qui est un déchet de la production d'engrais phosphorés concentrés (un mélange de gypse, de composés fluorés, de phosphore oxydes, SO 2 et autres impuretés) sont utilisés ...

En nitreux Les oxydes d'azote sont utilisés comme catalyseur. L'oxydation du SO 2 se produit principalement en phase liquide et s'effectue dans des tours garnies. Par conséquent, la méthode nitreuse, selon la caractéristique instrumentale, est appelée la tour... L'essence de la méthode nitreuse est que le gaz de combustion est traité avec de l'acide sulfurique, dans lequel les oxydes d'azote sont dissous. L'anhydride sulfureux du gaz de combustion est absorbé par le nitrose, puis oxydé par les oxydes d'azote par la réaction : SO 2 + N 2 O 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + 2NO. Le NO résultant est peu soluble dans le nitrose et est libéré puis partiellement oxydé par l'oxygène en NO 2. Le mélange de NO et NO 2 est à nouveau absorbé par H 2 SO 4.

L'industrie produit trois types d'acide sulfurique commercial :

Acide tour : С = 75 %, t cristaux = -29,5 * С

Acide de contact : C = 92,5%, t cristal = -22,0 * C

Oléum : C = 20 % gratuit SO 3, t cristaux = + 2 * С

Schéma d'application de l'acide sulfurique

Matières premières.

Traditionnellement, les principales sources de matières premières sont le soufre et la pyrite de fer (soufre). Environ la moitié de l'acide sulfurique de l'URSS provenait du soufre et un tiers de la pyrite. Une place importante dans le bilan des matières premières est occupée par les gaz résiduaires de la métallurgie non ferreuse contenant du dioxyde de soufre.

Afin de protéger l'environnement, des mesures sont prises dans le monde pour utiliser des déchets industriels contenant du soufre. Les gaz d'échappement des centrales thermiques et des usines métallurgiques émettent beaucoup plus de dioxyde de soufre dans l'atmosphère que ce qui est utilisé pour la production d'acide sulfurique. En raison de la faible concentration de SO 2 dans ces effluents gazeux, le recyclage n'est pas toujours possible.

Dans le même temps, les gaz résiduaires sont la matière première la moins chère, les prix de gros de la pyrite sont également bas et le soufre est la matière première la plus chère. Par conséquent, pour que la production d'acide sulfurique à partir de soufre soit économiquement réalisable, un schéma doit être développé dans lequel le coût de son traitement sera nettement inférieur au coût de traitement de la pyrite ou des gaz résiduaires.

Caractéristiques du produit cible.

L'acide sulfurique peut exister en tant que composé chimique indépendant H 2 SO 4, ainsi que sous forme de composés avec de l'eau H 2 SO 4 * 2H 2 O, H 2 SO 4 * H 2 O, H 2 SO 4 * 4H 2 O et avec du trioxyde de soufre H 2 SO 4 * SO 3, H 2 SO 4 * 2SO 3.

En technologie, l'acide sulfurique est aussi appelé H 2 SO 4 anhydre et ses solutions aqueuses (en fait, c'est un mélange de composés H 2 O, SO 2 et H 2 SO 4 * nH 2 O) et des solutions de trioxyde de soufre en anhydre H 2 SO 4 - oléum (un mélange de H 2 SO 4 et de composés H 2 SO 4 * nSO 3).

L'acide sulfurique anhydre est un liquide lourd, huileux et incolore miscible à l'eau et au trioxyde de soufre dans n'importe quel rapport. Les propriétés physiques de l'acide sulfurique, telles que la densité, la température de cristallisation, le point d'ébullition, dépendent de sa composition.

L'acide 100% anhydre a une température de cristallisation relativement élevée de 10,7 * C. Pour réduire la possibilité de congélation d'un produit commercial pendant le transport et le stockage, la concentration en acide sulfurique technique est choisie de telle sorte qu'il ait une température de cristallisation suffisamment basse. L'industrie produit trois types d'acide sulfurique commercial.

L'acide sulfurique et l'eau forment un mélange azéotropique de 98,3 % de H 2 SO 4 et de 1,7 % de H 2 O avec un point d'ébullition maximal (336,5 * C). La composition des phases liquide et vapeur à l'équilibre pour un acide de concentration azéotropique est la même ; dans les solutions acides plus diluées en phase vapeur, la vapeur d'eau prédomine, en phase vapeur au dessus de l'oléum, la concentration d'équilibre en SO 3 est élevée.

L'acide sulfurique est très actif. Il dissout les oxydes métalliques et la plupart des métaux purs, déplace tous les autres acides des sels à des températures élevées. L'acide sulfurique se combine particulièrement volontiers avec l'eau en raison de sa capacité à donner des hydrates. Il retire l'eau des autres acides, des sels cristallins des sels et même des dérivés oxygénés des hydrocarbures, qui ne contiennent pas d'eau en tant que telle, mais de l'hydrogène et de l'oxygène en combinaison H : O = 2. Le bois et autres tissus végétaux et animaux contenant de la cellulose (C 6 H 10 O 5), de l'amidon et du sucre sont détruits dans l'acide sulfurique concentré; l'eau se lie à l'acide et seul le carbone finement dispersé reste du tissu. Dans l'acide dilué, la cellulose et l'amidon se décomposent pour former des sucres. L'acide sulfurique concentré provoque des brûlures s'il entre en contact avec la peau humaine.

Chimie des procédés

1.Combustion du soufre.

Lorsque le gaz de combustion est obtenu en brûlant du soufre, il n'est pas nécessaire de le nettoyer des impuretés. L'étape de préparation comprendra uniquement la déshydratation du gaz et l'utilisation de l'acide. Lorsque le soufre est brûlé, une réaction exothermique irréversible se produit :

S + O 2 = SO 2 (1)

avec dégagement d'une très grande quantité de chaleur : variation de H = -362,4 kJ / mol, ou en termes d'unité de masse 362,4 / 32 = 11,325 kJ / t = 11325 kJ / kg S.

Le soufre liquide en fusion fourni pour la combustion s'évapore (ébullition) à une température de 444,6 * С; la chaleur de vaporisation est de 288 kJ/kg. Comme le montrent les données ci-dessus, la chaleur de réaction de la combustion du soufre est tout à fait suffisante pour l'évaporation de la charge d'alimentation, par conséquent, l'interaction du soufre et de l'oxygène se produit en phase gazeuse (réaction homogène).

La combustion du soufre dans l'industrie s'effectue comme suit. Le soufre est préalablement fondu (pour cela, vous pouvez utiliser de la vapeur d'eau obtenue en utilisant la chaleur de la réaction principale de combustion du soufre). Le point de fusion du soufre étant relativement bas, il est aisé de séparer du soufre les impuretés mécaniques qui ne sont pas passées en phase liquide par décantation puis filtration, et d'obtenir une charge d'un degré de pureté suffisant. Il existe deux types de fours utilisés pour brûler le soufre fondu - buse et cyclonique. Ils doivent prévoir la pulvérisation de soufre liquide pour son évaporation rapide et assurer un contact fiable avec l'air dans toutes les parties de l'appareil.

Du four, le gaz de combustion entre dans la chaudière de récupération de chaleur puis dans les appareils suivants.

La concentration de dioxyde de soufre dans le gaz de combustion dépend du rapport soufre/air fourni pour la combustion. Si l'air est prélevé en quantité stoechiométrique, c'est-à-dire pour chaque mole de soufre 1 mole d'oxygène, alors avec la combustion complète du soufre, la concentration sera égale à la fraction volumique d'oxygène dans l'air С so2.max = 21%. Cependant, l'air est généralement pris en excès, car sinon la température dans le four sera trop élevée.

Avec la combustion adiabatique du soufre, la température de cuisson pour un mélange réactionnel de composition stoechiométrique sera de ~ 1500 * C. Concrètement, la possibilité d'augmenter la température dans le four est limitée par le fait qu'au-dessus de 1300*C, le revêtement du four et des conduits de gaz s'effondre rapidement. Typiquement, lorsque le soufre est brûlé, un gaz de grillage contenant 13 à 14 % de SO 2 est obtenu.

2. Oxydation de contact du SO 2 v SỐ 3

L'oxydation par contact du dioxyde de soufre est un exemple typique de catalyse exothermique oxydante hétérogène.

C'est l'une des synthèses catalytiques les plus étudiées. En URSS, les travaux les plus fondamentaux sur l'étude de l'oxydation du SO 2 en SO 3 et la mise au point de catalyseurs ont été réalisés par G.K. Boreskov Réaction d'oxydation du dioxyde de soufre

SO 2 + 0,5 O 2 = SO 3 (2)

se caractérise par une valeur très élevée de l'énergie d'activation et donc sa mise en œuvre pratique n'est possible qu'en présence d'un catalyseur.

Dans l'industrie, le principal catalyseur d'oxydation du SO 2 est un catalyseur à base d'oxyde de vanadium V 2 O 5 (vanadium contact mass). D'autres composés, principalement le platine, présentent également une activité chimique dans cette réaction. Cependant, les catalyseurs au platine sont extrêmement sensibles même aux traces d'arsenic, de sélénium, de chlore et d'autres impuretés et ont donc été progressivement remplacés par des catalyseurs au vanadium.

La vitesse de réaction augmente avec une augmentation de la concentration en oxygène, par conséquent, le processus dans l'industrie est réalisé avec un excès d'oxygène.

Étant donné que la réaction d'oxydation du SO 2 appartient au type exothermique, le régime de température de sa conduite devrait se rapprocher de la ligne des températures optimales. Le choix du régime de température est en outre imposé par deux restrictions liées aux propriétés du catalyseur. La limite de température inférieure est la température d'inflammation des catalyseurs au vanadium, qui, selon le type spécifique de catalyseur et la composition du gaz, est de 400 à 440 * C. la limite supérieure de température est de 600 - 650 * C et est déterminée par le fait qu'au-dessus de ces températures, la structure du catalyseur se restructure et il perd son activité.

Dans la plage de 400 à 600 * C, le procédé a tendance à être réalisé de telle sorte que lorsque le degré de conversion augmente, la température diminue.

Le plus souvent dans l'industrie, ils utilisent des dispositifs de contact d'étagère avec un échange de chaleur externe. Le schéma d'échange thermique suppose l'utilisation maximale de la chaleur de réaction pour le chauffage du gaz d'alimentation et le refroidissement simultané du gaz entre les étagères.

L'une des tâches les plus importantes de l'industrie de l'acide sulfurique est d'augmenter la conversion du dioxyde de soufre et de réduire ses émissions dans l'atmosphère. Cette tâche peut être résolue par plusieurs méthodes.

L'une des méthodes les plus rationnelles pour résoudre ce problème, largement utilisée dans l'industrie de l'acide sulfurique, est la méthode du double contact et de la double absorption (DKDA). Pour déplacer l'équilibre vers la droite et augmenter le rendement du processus, ainsi que pour augmenter la vitesse du processus, le processus est réalisé en utilisant cette méthode. Son essence réside dans le fait que le mélange réactionnel, dans lequel le taux de conversion de SO 2 est de 90-95%, est refroidi et envoyé vers un absorbeur intermédiaire pour la libération de SO 3. Dans le gaz de réaction restant, le rapport O 2 : SO 2 augmente de manière significative, ce qui conduit à un décalage de l'équilibre de la réaction vers la droite. Le gaz de réaction nouvellement chauffé est à nouveau introduit dans l'appareil de contact, où 95% de la conversion du SO 2 restant est atteint sur un ou deux lits de catalyseur. La conversion totale de SO 2 dans ce processus est de 99,5% - 99,8%.

3. Absorption de trioxyde de soufre.

La dernière étape du procédé de production d'acide sulfurique par la méthode de contact est l'absorption du trioxyde de soufre du mélange gazeux et sa conversion en acide sulfurique.

nSO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + (n-1) SO 3 + Q ……… (3)

si n > 1, alors on obtient de l'oléum (solution de SO 3 dans H 2 SO 4)

si n = 1, alors le monohydrate est obtenu (98,3% H 2 SO 4 )

si n<1, то получается разбавленная серная кислота

Lors du choix d'un absorbant et des conditions de réalisation de l'étape d'absorption, il est nécessaire d'assurer une extraction proche de 100 % du SO 3 de la phase gazeuse. Pour l'extraction complète du SO 3 , il est nécessaire que la pression partielle d'équilibre du SO 2 sur le solvant soit négligeable, car ce sera une grande force motrice pour le processus d'absorption. Cependant, de telles solutions, au-dessus de la surface desquelles la pression partielle d'équilibre de vapeur d'eau est élevée, ne peuvent être utilisées comme absorbant. Dans ce cas, les molécules de SO 3 encore non dissoutes vont réagir avec les molécules d'eau en phase gaz avec la formation de vapeurs d'acide sulfurique et se condenser rapidement dans la masse avec la formation de minuscules gouttelettes d'acide sulfurique dispersées dans un milieu gazeux inerte - azote, c'est à dire avec formation de brouillard d'acide sulfurique :

SO 3 (g) + H 2 O (g) H 2 SO 4 (g) H 2 SO 4 (brouillard); Q> 0

Le brouillard est mal capté dans les équipements d'absorption conventionnels et est principalement entraîné avec les gaz d'échappement dans l'atmosphère, contaminant ainsi l'environnement et augmentant la perte d'acide sulfurique.

Les considérations ci-dessus permettent de résoudre le problème du choix d'un absorbant. L'absorbant optimal est 98,3 % d'acide sulfurique (nom technique - monohydrate), correspondant à la composition azéotropique. En effet, il n'y a pratiquement pas de vapeur d'eau ou de vapeur de SO 3 au dessus de cet acide. Le processus qui se déroule dans ce cas peut être décrit de manière conditionnelle par l'équation de réaction :

SO 3 + nH 2 SO 4 + H 2 O = (n + 1) H 2 SO 4

L'utilisation d'acide sulfurique moins concentré en tant qu'absorbeur peut entraîner la formation de brouillard d'acide sulfurique, et au-dessus de 100 % d'acide sulfurique ou d'oléum en phase vapeur, la pression partielle d'équilibre du SO 3 est plutôt élevée, elle ne sera donc pas complètement absorbé. Cependant, si l'oléum doit être obtenu comme l'un des produits du procédé, l'absorption par l'oléum (1er absorbeur) et l'absorption par 98,3 % d'acide (2e absorbeur) peuvent être combinées.

En principe, à des températures élevées supérieures à 98,3 % d'acide, la pression de vapeur partielle de l'acide lui-même peut être importante, ce qui réduira également le degré d'absorption du SO 3 . En dessous de 100 * C, la pression de vapeur d'équilibre de H 2 SO 4 est très faible et donc une absorption de presque 100 % peut être obtenue.

Ainsi, pour assurer un haut degré d'absorption, la concentration en acide sulfurique dans l'absorbeur doit être maintenue proche de 98,3%, et la température doit être maintenue en dessous de 100 * C. Cependant, dans le processus d'absorption du SO 3 , l'acide est fixé (sa concentration augmente) et la température augmente en raison de l'exothermicité de la réaction. Pour réduire l'effet inhibiteur de ces phénomènes, l'absorption est réalisée de telle sorte que la concentration en H 2 SO 4 avec un seul passage dans l'absorbeur n'augmente que de 1-1,5%, l'acide sulfurique fixé est dilué dans le collecteur à une concentration de 98,3%, refroidi dans un réfrigérateur externe et à nouveau servi pour l'absorption, offrant un taux de circulation élevé.

Tâche de calcul

Numéro d'option 3

Étapes de production d'acide sulfurique :

1. préparation des matières premières : purification et fusion du soufre; nettoyer, sécher et doser l'air;

2. soufre brûlant : S + O 2 = SO 2 (1) Le procédé est réalisé avec un excès d'air ;

3. oxydation de contact SO 2 v SỐ 3: SO 2 + 0,5O 2 = SO 3 (2) Le procédé est réalisé sur un catalyseur au vanadium à une température de 420-550 * C;

4. absorption SỐ 3 : SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 (3). La tour d'absorption est chauffée à reflux avec 98,3 % de H 2 SO 4 . Avant d'être envoyé à l'entrepôt, l'acide est dilué à ~ 93% H 2 SO 4 conformément aux exigences de GOST.

Données initiales pour le calcul

Exécution du calcul.

1. Nous établissons un organigramme de production.

soufre	air

011 - Soufre liquide

012 - Aérien

12 - Teneur en SO 2 . gaz

23 - Contenu SO3. gaz

301 - Gaz d'échappement

302 - Acide sulfurique

2. Etablir des équations pour chaque nœud.

1.Composez des équations pour le premier nœud :

0,92 * N 011 = N 12 SO2

N 12 SO2 = N 12 * 0,08 N 011 = X 1

0,92 * N 011 = N 12 * 0,08 N 12 = X 3

0,92 * X 1 = X 3 * 0,08 (1)

2 ... Nous composons des équations pour le deuxième nœud :

a) 0,99 * N 12 SO2 = N 23 SO3

0,99 * N 12 * 0,08 = N 23 SO3 N 23 SO3 = X 4

0,99 * X 3 * 0,08 = X 4 (2)

b) N 12 * (0,21-0,08) = 2N 23 SO3

X * (0,21-0,08) = 2X 4 (3)

3 On fait une équation pour le troisième nœud :

a) G 302 * 0,925 = 2000 équation de base G 302 = X 7

X 7 * 0,925 = 2000 (4)

b) 0,998 * N 23 SO3 = 2000 / Mr (H 2 SO 4)

0,998 * X 4 = 2000/98 (5)

c) N 301 = N 301 SO2 + N 301 N2 + N 301 SO3 + N 301 O2

N 301 SO2 = N 12 SO2 * (1-0,99) = N 12 SO2 * 0,01 = N 12 * 0,08 * 0,01

N 301 N2 = 0,79 * N 012

N 301 SO3 = N 23 SO3 * (1-0,998) = 0,002 * N 23 SO3

N 301 O2 = N 12 * (0,21-0,08) -1 / 2 * N 12 * (0,21-0,08) = N 12 * 0,13 * (1-

1/2) = 0,13 / 2 * N 12

N 301 = N 12 * 0,08 * 0,01 + 0,79 * N 012 + 0,002 * N 23 SO3 + 0,065 * N 12

N 301 = 0,0658 * N 12 + 0,79 * N 012 + 0,002 * N 23 SO3

X 6 = 0,0658 * X 3 + 0,79 * X 2 + 0,002 * X 1 (6)

Mais il faut tenir compte du fait que N 12 = N 012, c'est-à-dire X 2 = X 3 (7)

6 inconnues et 7 équations. Nous écartons l'équation (3) et obtenons le système d'équations :

0,92 * X 1 = 0,08 * X 3

0,99 * 0,08 * X 3 = X 4

0,998 * X 4 = 20,41

X 6 = 0,0658 * X 3 + 0,79 * X 2 + 0,002 * X 4

0,92 * X 1 -0,08 * X 3 = 0

0,0792 * X 3 -X 4 = 0

0,8558 * X 3 + 0,002 * X 4 - X 6 = 0

0,92 * X 1 -0,08 * X 3 = 0

0,0792 * X 3 -20,45 = 0

0,8558 * X 3 + 0,002 * 20,45-X 6 = 0

0,92 * X 1 -0,08 * X 3 = 0

0,8558 * X 3 + 0,041-X 6 = 0

0,92 * X 1 = 0,08 * 257,23

0,8558 * 257,23 + 0,041-X 6 = 0

X 1 = 22,37 = N 011

X 3 = 257,23 = X 2 = N 12 = N 012

X 7 = 2162.2 = G 301

X 4 = 20,45 = N 23 SO3

X 6 = 220,18 = N 301

1.Quantité de produit cible :

X 7 = G 301 = 2162.2 kg 92,5% d'acide sulfurique

2. Consommation de soufre :

X 1 = N 011 = 22,37 kmol

ms = Ns * Ms = 22,37 * 32 = 715,84 kg

G S start = 715,84 / 0,92 = 778,1 kg a été entré dans le système

3. Consommation d'air :

X 2 = X 3 = N 012 = 257,23 kmol

G air = N air * M air = 257,23 * 29 = 7459,67 kg

4. Détermination de la consommation d'oxygène et d'azote

G O2 = 7459,67 * 0,21 = 1566,7 kg

G N2 = 7459,67 * 0,79 = 5893,1 kg

5. Déterminer la quantité de SO 2 contenue dans le gaz :

X 3 = N 12 = 257,23 kmol

N 12 SO2 = 257,23 * 0,08 = 20,58 kmol

G SO2 = N SO2 * M SO2 = 20,58 * 64 = 1317 kg

6. Détermination du SO 3 contenu dans le gaz :

X 4 = N 23 SO3 = 20,45 kmol

G SO3 = N SO3 * M SO3 = 20,45 * 80 = 1636 kg

7. Consommation d'eau pour l'absorption :

G 03 = G 301 * M H2O / M H2SO4 = 2162.2 * 18/98 = 397 kg

8. Les fumées de la circulation:

X 6 = N 301 = 220,18 kmol

G 301 = G 301 SO2 + G 301 N2 + G 301 SO3 + G 301 O2 = 1317 * 0,01 + 5893.1 +

0.002*1636+0.065*7459.67=13.17+5893.1+3.27+484.88=

3. Bilan matière.

Introduit			A reçu
Réactifs	kg	% Masse	Des produits	kg	% Masse
Soufre	778,1	9	Acide sulfurique:	2162,2	25
L'eau	397	4,6	H 2 SO 4	2000	23,2
Air:	7459,67	86,4	H 2 O	162,2	1,8
21% d'O2	1566,7	18,1	Les fumées de la circulation:	6394,42	74,1
79% N 2	5893,1	69,3	SO 2	13,17	0,15
N 2	5893,1	68,25
SỐ 3	3,27	0,06
O 2	484,88	5,64
Divergence	78,15	0,9
Le total	8634,77	100	Le total	8634,77	100

Bibliographie.

1.G.N. Kononova, V.V. Safonov, N.G. Berger. Développement d'un algorithme et calcul du bilan matière d'un système chimico-technologique. Moscou. 1995.

2. Manuel pour les spécialités chimiques et technologiques des universités, édité par le prof. I.P. Moukhlenova. Technologie chimique générale. Partie 2 "Les industries chimiques les plus importantes". Moscou "Ecole Supérieure" 1984.

3. Le matin Kutepov, T.I. Bondareva, M.G. Berengarten. Technologie chimique générale. Deuxième édition revue et augmentée. Moscou "Ecole Supérieure" 1990.

4. Notes de cours (conférencier : G. N. Koonova)

Le soufre pur est fourni par une canalisation chauffée du tréteau au collecteur. La source de soufre liquide entrant dans le service de grillage peut être à la fois une unité de fusion et de filtration du soufre en morceaux et une unité de drainage et de stockage de soufre liquide des réservoirs ferroviaires. Du collecteur en passant par un collecteur intermédiaire d'une capacité de 32 m

Lorsque le soufre est brûlé, du dioxyde de soufre est formé par la réaction :

S (liquide) + O2 (gaz) = SO2 (gaz) + 362,4 kJ.

Cette réaction se déroule avec dégagement de chaleur.

Le processus de combustion du soufre liquide dans une atmosphère d'air dépend des conditions de cuisson (température, débit de gaz), des propriétés physico-chimiques (présence de cendres et d'impuretés de bitume, etc.) et se compose d'étapes séquentielles distinctes :

mélanger des gouttelettes de soufre liquide avec de l'air;

chauffage et évaporation des gouttes;

formation en phase gazeuse et allumage de soufre gazeux;

combustion des vapeurs en phase gazeuse.

Les étapes répertoriées sont indissociables les unes des autres et se déroulent simultanément et en parallèle. Il y a un processus de combustion par diffusion du soufre avec formation de dioxyde de soufre, une petite quantité de dioxyde de soufre est oxydée en trioxyde. Lorsque le soufre est brûlé, à mesure que la température du gaz augmente, la concentration de SO2 augmente proportionnellement à la température. Lorsque le soufre est brûlé, des oxydes d'azote se forment également, polluant la production d'acide et polluant les gaz d'échappement nocifs. La quantité d'oxydes d'azote formée dépend du mode de combustion du soufre, de l'excès d'air et de la température du procédé. Lorsque la température augmente, la quantité d'oxydes d'azote formés augmente. Avec une augmentation du taux d'excès d'air, la quantité d'oxydes d'azote formés augmente, atteignant un maximum lorsque le taux d'excès d'air est de 1,20 à 1,25, puis diminue.

Le processus de combustion du soufre est effectué à une température de conception ne dépassant pas 1 200 °C avec un excès d'alimentation en air des fours à cyclone.

Lorsque le soufre liquide est brûlé, une petite quantité de SO3 se forme. La fraction volumique totale de dioxyde de soufre et de trioxyde dans le gaz de procédé après la chaudière peut atteindre 12,8%.

En raison du soufflage d'air froid séché dans le conduit de gaz devant le dispositif de contact, un refroidissement et une dilution supplémentaires du gaz de procédé aux normes de fonctionnement sont effectués (la fraction volumique totale de dioxyde de soufre et de trioxyde de soufre ne dépasse pas 11,0% , la température est de 390 o C à 420 o C).

Le soufre liquide est fourni aux buses des fours cycloniques de l'unité de combustion par deux pompes submersibles, dont une de secours.

De l'air séché dans la tour de séchage par un ventilateur (un - en fonctionnement, un - en veille) est fourni à l'unité pour la combustion du soufre et la dilution du gaz aux normes de fonctionnement.

La combustion du soufre liquide à raison de 5 à 15 m 3 / h (de 9 à 27 t / h) est réalisée dans 2 fours cycloniques, situés l'un par rapport à l'autre sous un angle de 110 degrés. et une chambre de raccordement reliée à la chaudière.

Pour la combustion, il est fourni du soufre liquide filtré à une température de 135 ° C à 145 ° C. Chaque four dispose de 4 buses pour le soufre avec une chemise de vapeur et un brûleur à gaz de démarrage.

La température du gaz à la sortie de la chaudière de génie électrique est contrôlée par une vanne d'étranglement sur la dérivation chaude, qui fait passer le gaz de la chambre de postcombustion des fours à cyclone, et également par une dérivation froide, qui contourne une partie de l'air passant par la chaudière. dans le conduit de fumée après la chaudière.

Une unité de technologie de puissance à tube d'eau à circulation naturelle et à un seul passage est conçue pour refroidir les gaz sulfureux lors de la combustion de soufre liquide et générer de la vapeur surchauffée avec une température de 420 ° C à 440 ° C à une pression de 3,5 à 3,9 MPa .

L'unité d'ingénierie énergétique se compose des unités principales suivantes : un tambour avec un dispositif intra-tambour, un dispositif d'évaporation avec un faisceau convectif, un cadre tubulaire refroidi, un four composé de deux cyclones et d'une chambre de transition, un portail, un cadre pour la batterie. Le surchauffeur 1er étage et l'économiseur 1er étage sont combinés dans un bloc distant, le surchauffeur 2e étage et l'économiseur 2e étage sont situés dans des blocs distants séparés.

La température du gaz après les fours devant le bloc d'évaporation monte à 1170 o C. Dans la partie évaporateur de la chaudière, le gaz de procédé est refroidi de 450 o C à 480 o C, après la dérivation froide, la température du gaz diminue de 390 o C à 420 o C. Le gaz de procédé refroidi est dirigé vers l'étape suivante de production d'acide sulfurique - l'oxydation du dioxyde de soufre en trioxyde de soufre dans un appareil de contact.

Soufre / Soufre (S)
Numéro atomique	16
Apparition d'une substance simple	solide cassant jaune clair, sous sa forme pure, inodore
Propriétés de l'atome
Masse atomique (masse molaire)	32.066 a. e.m. (g / mol)
Rayon de l'atome	127 h
Énergie d'ionisation (premier électron)	999,0 (10,35) kJ / mol (eV)
Configuration électronique	3s 2 3p 4
Propriétés chimiques
Rayon covalent	102 h
Rayon ionique	30 (+ 6e) 184 (-2e) pm
Électronégativité (d'après Pauling)	2,58
Le potentiel de l'électrode	0
États d'oxydation	6, 4, 2, -2
Propriétés thermodynamiques d'une substance simple
Densité	2 070 g/cm³
Capacité calorifique molaire	22,61 J / (K mol)
Conductivité thermique	0,27 W / (mK)
Température de fusion	386 K
Température de fusion	1,23 kJ/mol
Température d'ébullition	717.824 K
Chaleur de vaporisation	10,5 kJ/mol
Volume molaire	15,5 cm³ / mol
Réseau cristallin d'une substance simple
La structure en treillis	orthorhombique
Paramètres de treillis	a = 10,437 b = 12,845 c = 24,369
C/un rapport	—
Température de départ	n / a K

S	16
32,066
3s 2 3p 4
Soufre

Soufre (Soufre- désignation "S" dans le tableau périodique) - élément hautement électronégatif, présente des propriétés non métalliques. Dans les composés d'hydrogène et d'oxygène, il entre dans la composition de divers ions, forme de nombreux acides et sels. De nombreux sels contenant du soufre sont légèrement solubles dans l'eau.

Minéraux naturels de soufre

Le soufre est le seizième élément le plus abondant dans la croûte terrestre. Il se trouve à l'état libre (natif) et sous une forme liée. Les composés soufrés naturels FeS2 les plus importants sont la pyrite ou la pyrite, le ZnS est la blende de zinc ou la sphalérite (wurtzite), PbS est le lustre de plomb ou la galène, HgS est le cinabre, Sb2S3 est l'antimonite. De plus, le soufre est présent dans le pétrole, le charbon naturel, les gaz naturels et le schiste. Le soufre est le sixième élément en termes de teneur dans les eaux naturelles, il se trouve principalement sous forme d'ion sulfate et détermine la dureté "constante" de l'eau douce. Un élément vital pour les organismes supérieurs, constituant de nombreuses protéines, est concentré dans les cheveux.

Histoire de la découverte et origine du nom

Le soufre (soufre, français Sufre, allemand Schwefel) à l'état natif, ainsi que sous forme de composés soufrés, est connu depuis l'Antiquité. L'homme s'est familiarisé avec l'odeur du soufre brûlé, l'effet suffocant du dioxyde de soufre et l'odeur dégoûtante du sulfure d'hydrogène, probablement à l'époque préhistorique. C'est à cause de ces propriétés que le soufre était utilisé par les prêtres dans le cadre de l'encens sacré lors des rituels religieux. Le soufre était considéré comme le produit d'êtres surhumains du monde des esprits ou des dieux souterrains. Le soufre a longtemps été utilisé dans divers mélanges combustibles à des fins militaires. Homer a déjà décrit les « fumées sulfureuses », l'effet mortel de la combustion des émissions de soufre. Le soufre faisait probablement partie du "feu grec" qui terrifiait les opposants.

Vers le VIIIe siècle les Chinois ont commencé à l'utiliser dans des mélanges pyrotechniques, en particulier dans des mélanges tels que la poudre à canon. L'inflammabilité du soufre, la facilité avec laquelle il se combine avec les métaux pour former des sulfures (par exemple, à la surface des morceaux de métal), explique pourquoi il était considéré comme le « principe d'inflammabilité » et un composant essentiel des minerais métalliques. Le presbytre Theophilus (XIIe siècle) décrit une méthode de grillage oxydatif du minerai de cuivre sulfuré, probablement connue dans l'Egypte ancienne.

Au cours de la période de l'alchimie arabe, la théorie mercure-soufre de la composition des métaux est née, selon laquelle le soufre était vénéré comme un composant obligatoire (père) de tous les métaux. Plus tard, il est devenu l'un des trois principes des alchimistes, et plus tard le "principe de combustibilité" a été la base de la théorie du phlogistique. La nature élémentaire du soufre a été établie par Lavoisier dans ses expériences de combustion. Avec l'introduction de la poudre à canon en Europe, le développement de l'extraction du soufre naturel a commencé, ainsi que le développement d'une méthode pour l'obtenir à partir de pyrites ; ce dernier était commun dans l'ancienne Russie. Pour la première fois dans la littérature, il est décrit par Agricola. Ainsi, l'origine exacte du soufre n'a pas été établie, mais comme mentionné ci-dessus, cet élément était utilisé avant la Nativité du Christ, ce qui signifie qu'il était familier aux gens depuis l'Antiquité.

origine du nom

Origine du latin soufre inconnue. Le nom russe de l'élément est généralement dérivé du sanskrit "sira" - jaune clair. Peut-être la parenté de "soufre" avec les lettres hébraïques "séraphins" - le pluriel de "séraphins". combustible, et le soufre brûle bien. En vieux russe et en vieux slave, le « soufre » est généralement une substance combustible, y compris la graisse.

Origine du soufre

Les grandes accumulations de soufre natif ne sont pas courantes. Il est plus souvent présent dans certains minerais. Le minerai de soufre natif est une roche entrecoupée de soufre pur.

Quand ces inclusions se sont-elles formées - simultanément avec les roches qui les accompagnent ou plus tard ? La direction des travaux de prospection et d'exploration dépend de la réponse à cette question. Mais, malgré des millénaires de communication avec le soufre, l'humanité n'a toujours pas de réponse claire. Il existe plusieurs théories dont les auteurs ont des points de vue opposés.

La théorie syngénétique (c'est-à-dire la formation simultanée de soufre et de roches hôtes) suggère que la formation de soufre natif a eu lieu dans des bassins peu profonds. Des bactéries spéciales réduisaient les sulfates dissous dans l'eau en sulfure d'hydrogène, qui montait vers le haut, pénétrait dans la zone d'oxydation et, ici, chimiquement ou avec la participation d'autres bactéries, il était oxydé en soufre élémentaire. Le soufre s'est déposé au fond et par la suite les boues contenant du soufre ont formé un minerai.

La théorie de l'épigenèse (les inclusions de soufre se sont formées plus tardivement que les roches principales) comporte plusieurs variantes. Le plus courant d'entre eux suppose que les eaux souterraines, pénétrant à travers les strates rocheuses, sont enrichies en sulfates. Si ces eaux entrent en contact avec des gisements de pétrole ou de gaz naturel, les ions sulfate sont réduits par les hydrocarbures en sulfure d'hydrogène. Le sulfure d'hydrogène remonte à la surface et, étant oxydé, libère du soufre pur dans les vides et les fissures des roches.

Au cours des dernières décennies, l'une des variétés de la théorie de l'épigenèse, la théorie du métasomatisme (traduit du grec « métasomatisme » signifie substitution), a trouvé de plus en plus de confirmation. Selon elle, le gypse CaSO4-H2O et l'anhydrite CaSO4 se transforment constamment en soufre et en calcite CaCO3 dans les profondeurs.

Cette théorie a été créée en 1935 par les scientifiques soviétiques L.M. Miropolsky et B.P. Krotov. En sa faveur parle, en particulier, le fait suivant.

En 1961, le champ de Mishrak a été découvert en Irak. Le soufre est ici enfermé dans des roches carbonatées, qui forment une voûte soutenue par des supports s'étendant dans les profondeurs (en géologie, on les appelle des ailes). Ces ailes sont constituées principalement d'anhydrite et de gypse. La même image a été observée au champ domestique de Shor-Su.

La particularité géologique de ces gisements ne peut s'expliquer que du point de vue de la théorie du métasomatisme : le gypse primaire et l'anhydrite se sont transformés en minerais carbonatés secondaires avec des inclusions de soufre natif. Ce n'est pas seulement la proximité des minéraux qui est importante - la teneur moyenne en soufre du minerai de ces gisements est égale à la teneur en soufre chimiquement lié de l'anhydrite. Et les études de la composition isotopique du soufre et du carbone dans le minerai de ces gisements ont donné aux partisans de la théorie du métasomatisme des arguments supplémentaires.

Mais il y a un "mais": la chimie du processus de conversion du gypse en soufre et en calcite n'est pas encore claire, et il n'y a donc aucune raison de considérer la théorie du métasomatisme comme la seule correcte. Il existe encore des lacs sur le sol (en particulier le lac Sernoe près de Sernovodsk), où se produisent des dépôts syngénétiques de soufre et où le limon soufré ne contient ni gypse ni anhydrite.

La variété des théories et hypothèses sur l'origine du soufre natif résulte non seulement et non pas tant de l'incomplétude de nos connaissances, mais de la complexité des phénomènes se produisant dans les profondeurs. Même à partir des mathématiques de l'école primaire, nous savons tous que des chemins différents peuvent conduire au même résultat. Cette loi s'applique également à la géochimie.

Réception

Le soufre est obtenu principalement en fondant du soufre natif directement dans les lieux de sa présence sous terre. Les minerais de soufre sont extraits de différentes manières - en fonction des conditions d'occurrence. Les dépôts de soufre s'accompagnent presque toujours d'accumulations de gaz toxiques - composés soufrés. De plus, il ne faut pas oublier la possibilité de sa combustion spontanée.

L'extraction du minerai à ciel ouvert est la suivante. Les excavatrices ambulantes enlèvent les couches rocheuses sous lesquelles le minerai est déposé. La couche de minerai est écrasée par des explosions, après quoi les morceaux de minerai sont envoyés à une fonderie de soufre, où le soufre est extrait du concentré.

En 1890, Hermann Frach a proposé de faire fondre le soufre sous terre et de le pomper à la surface à travers des puits similaires au pétrole. Le point de fusion relativement bas (113 °C) du soufre a confirmé la réalité de l'idée de Frasch. En 1890, des essais commencèrent, qui aboutirent au succès.

Il existe plusieurs méthodes connues pour obtenir du soufre à partir de minerais soufrés : vapeur-eau, filtration, thermique, centrifuge et extraction.

Le soufre se trouve également en grande quantité dans le gaz naturel à l'état gazeux (sous forme d'hydrogène sulfuré, de dioxyde de soufre). Pendant la production, il se dépose sur les parois des tuyaux et des équipements, provoquant leur défaillance. Par conséquent, il est capté du gaz dès que possible après l'extraction. Le soufre finement dispersé chimiquement pur obtenu est une matière première idéale pour les industries chimiques et du caoutchouc.

Le plus grand gisement de soufre natif d'origine volcanique est situé sur l'île d'Iturup avec des réserves de catégorie A + B + C1 - 4227 mille tonnes et catégorie C2 - 895 mille tonnes, ce qui est suffisant pour la construction d'une entreprise d'une capacité de 200 mille tonnes de soufre granulaire par an.

Fabricants

Les principaux producteurs de soufre en Russie sont les sociétés d'OAO Gazprom : OOO Gazprom dobycha Astrakhan et OOO Gazprom dobycha Orenburg, qui le reçoivent comme sous-produit lors de la purification du gaz.

Propriétés physiques

Agrégat naturel de cristaux de soufre natif

Le soufre diffère sensiblement de oxygène la capacité de former des chaînes et des cycles stables d'atomes de soufre. Les molécules cycliques les plus stables S 8, qui ont la forme d'une couronne, forment du soufre rhombique et monoclinique. Ce soufre cristallin est une substance jaune cassante. De plus, des molécules à chaînes fermées (S4, S6) et à chaînes ouvertes sont possibles. Une telle composition contient du soufre plastique, une substance brune. La formule du soufre plastique s'écrit le plus souvent simplement S, car, bien qu'il ait une structure moléculaire, il s'agit d'un mélange de substances simples avec différentes molécules. Le soufre est insoluble dans l'eau ; certaines de ses modifications se dissolvent dans les solvants organiques, tels que le sulfure de carbone. Le soufre est utilisé pour la production d'acide sulfurique, la vulcanisation du caoutchouc, comme fongicide en agriculture et comme soufre colloïdal - un médicament. De plus, le soufre entrant dans la composition des compositions soufre-bitume est utilisé pour obtenir de l'asphalte au soufre et comme substitut du ciment Portland - pour obtenir du béton au soufre.S + O 2 = SO 2

À l'aide de l'analyse spectrale, il a été constaté qu'en fait le processus d'oxydation du soufre en dioxyde est une réaction en chaîne et se produit avec la formation d'un certain nombre de produits intermédiaires : monoxyde de soufre S 2 O 2, soufre moléculaire S 2, libre atomes de soufre S et radicaux libres de monoxyde de soufre SO.

Lors de l'interaction avec les métaux, il se forme des sulfures. 2Na + S = Na 2 S

Lorsque du soufre est ajouté à ces sulfures, des polysulfures se forment : Na 2 S + S = Na 2 S 2

Lorsqu'il est chauffé, le soufre réagit avec le carbone, le silicium, le phosphore, l'hydrogène :
C + 2S = CS 2 (disulfure de carbone)

Le soufre se dissout lorsqu'il est chauffé dans des alcalis - réaction de dismutation
3S + 6KOH = K 2 SO 3 + 2K 2 S + 3H 2 O

Propriétés d'inflammabilité du soufre

Le soufre finement broyé est sujet à une combustion spontanée chimique en présence d'humidité, au contact d'oxydants, ainsi qu'en mélange avec du charbon, des graisses, des huiles. Le soufre forme des mélanges explosifs avec les nitrates, les chlorates et les perchlorates. Il s'enflamme spontanément au contact de l'eau de Javel.

Moyens d'extinction : eau pulvérisée, mousse aéromécanique.

La détection de la combustion du soufre est un problème difficile. La flamme est difficile à détecter à l'œil humain ou à la caméra vidéo, le spectre de la flamme bleue se situe principalement dans le domaine ultraviolet. La combustion a lieu à basse température. Pour détecter un incendie, le détecteur de chaleur doit être placé directement à proximité du soufre. La flamme de soufre n'émet pas dans la gamme infrarouge. Ainsi, il ne sera pas détecté par les détecteurs infrarouges courants. Ils ne détecteront que les incendies secondaires. La flamme de soufre n'émet pas de vapeur d'eau. Par conséquent, les détecteurs de flamme UV utilisant des composés de nickel ne fonctionneront pas.

Étant donné que l'air en volume est composé d'environ 21 % d'oxygène et 79 % d'azote et lorsque le soufre est brûlé à partir d'un volume d'oxygène, un volume de SO2 est obtenu, la teneur maximale théoriquement possible de SO2 dans le mélange gazeux est de 21 %. En pratique, la combustion se produit avec un certain excès d'air et la teneur volumétrique de SO2 dans le mélange gazeux est inférieure à ce qui est théoriquement possible, s'élevant généralement à 14 ... 15 %.

La combustion du soufre ne se produit qu'à l'état fondu, similaire à la combustion des liquides. La couche supérieure de soufre brûlant bout, créant des vapeurs qui forment une flamme faible jusqu'à 5 cm de haut. La température de la flamme pendant la combustion du soufre est de 1820 ° C

Incendies dans les entrepôts de soufre

En décembre 1995, un grand incendie s'est déclaré dans une installation de stockage de soufre à ciel ouvert à Somerset West, dans le Cap occidental en Afrique du Sud, tuant deux personnes.

Le 16 janvier 2006, vers cinq heures du soir, un entrepôt de soufre a pris feu à l'usine de Cherepovets "Ammophos". La superficie totale de l'incendie est d'environ 250 mètres carrés. Il n'a été possible de l'éliminer complètement qu'au début de la deuxième nuit. Il n'y a pas de victimes ni de blessés.

Le 15 mars 2007, tôt le matin, un incendie s'est déclaré à l'usine de matériaux de fibres de Balakovo LLC dans un entrepôt de soufre fermé. La superficie de l'incendie était de 20 m². 4 brigades de pompiers avec un personnel de 13 personnes ont travaillé sur l'incendie. Au bout d'une demi-heure environ, le feu était éteint. Pas de mal.

Les 4 et 9 mars 2008, du soufre a été enflammé dans la région d'Atyrau dans l'installation de stockage de soufre TCO du champ de Tengiz. Dans le premier cas, le feu a été éteint rapidement, dans le second cas, le soufre a brûlé pendant 4 heures. Le volume des déchets de raffinage du pétrole en combustion, auxquels le soufre est classé selon les lois kazakhes, s'élevait à plus de 9 000 kilogrammes.

En avril 2008, près du village de Kryazh, dans la région de Samara, un entrepôt a pris feu, où 70 tonnes de soufre étaient stockées. L'incendie a été classé dans la deuxième catégorie de complexité. 11 pompiers et sauveteurs se sont rendus sur les lieux. À ce moment-là, lorsque les pompiers étaient près de l'entrepôt, tout le soufre ne brûlait pas, mais seulement une petite partie - environ 300 kilogrammes. La zone d'incendie, ainsi que les zones d'herbe sèche adjacentes à l'entrepôt, mesuraient 80 mètres carrés. Les pompiers sont parvenus à éteindre rapidement les flammes et à localiser l'incendie : les incendies ont été recouverts de terre et inondés d'eau.

En juillet 2009, du soufre brûlait à Dneprodzerjinsk. L'incendie s'est produit dans l'une des usines de coke chimiques du quartier Bagley de la ville. L'incendie a englouti plus de huit tonnes de soufre. Aucun des employés de l'usine n'a été blessé.