Сернистый газ

Сернистый газ или диоксид серы является достаточно распространенным химическим соединением, состоящим из серы и кислорода (SO2). Сернистый газ растворим в воде, серной кислоте, этиловом спирте. При выделении данного соединения ощущается достаточно неприятный запах.

Диоксид серы представляет серьезную угрозу для здоровья. Сернистый газ может привести к заболеваниям дыхательных путей и слизистых оболочек человека. При попадании этого соединения на кожу могут возникнуть раздражения. На производстве, где выделения сернистого газа неизбежно, проводится строгий контроль содержания диоксида в воздухе, и устанавливаются нормы его допустимого значения для безопасной работы людей.

Сернистый газ в природе

Сернистый газ в природе в больших количествах выделяется при извержении вулканов. Вылетая из жерла вулкана, это соединение вступает в реакцию с водяным паром, что приводит к образованию серной кислоты. Вследствие такого взаимодействия образуется множество зеркальных капелек, которые преломляют солнечные лучи, не пропуская солнечный свет к поверхности земли. Это приводит к резким температурным изменениям, что пагубно сказывается на экологической обстановке рядом с вулканами.

Характеристики и свойства сернистого газа

Диоксид серы при нормальных условиях имеет газообразное состояние. По массе сернистый газ превосходит воздух в два с половиной раза. Диоксид серы представляет собой достаточно стабильное соединение. Расщепление, входящих в состав его компонентов, наблюдается лишь при крайне высоких температурах. Под воздействием низкой температуры, сернистый газ приобретает твердое состояние. Под воздействием давления, как любой другой газ, диоксид серы сжижается. Как уже было отмечено ранее, диоксид серы способен в незначительной степени растворяться в воде, что впоследствии приводит к образованию сернистой кислоты.

С химической точки зрения, сернистый газ активно проявляет себя в различных реакциях. В окислительно-восстановительных реакциях в большинстве случаев диоксид серы играет роль восстановителя.

Плотность сернистого газа

Диоксид серы в умеренном диапазоне температур обладает плотностью равной 2,926 кг/см3. Вследствие теплового расширения газа под воздействием больших температур, плотность данного соединения заметно снижается. По плотности диоксид серы не уступает таким газам, как фтористый бор и фтор окись азота.

Массовая доля сернистого газа

В различных производственных процессах, связанных с переработкой руд, содержащих сернистые соединения, происходит выделение большого числа вредоносных газов. В связи с этим, возникает острая необходимость в обеспечении надлежащего контроля над концентрацией сернистого газа в воздухе.

Для расчета массовой концентрации диоксида серы в атмосферном воздухе вблизи источника выбросов сернистых соединений прибегают к методу интегрированного отбора проб. После взятия проб, лаборанты проводят анализ массовой доли сернистого газа и определяют его концентрацию, посредством химического анализа с привлечением автоматических измерительных систем.

Запах сернистого газа

Сернистый газ обладает резким специфическим запахом, чем-то напоминающий запах горелой спички. Крайне опасно находиться в непосредственной зоне выброса диоксида серы, так как токсичный запах данного соединения может привести к серьезным последствиям для вашего здоровья. При вдыхании паров газа, возникает угроза поражения слизистой оболочки.

Симптомы отравления:

  • кашель;
  • рвота;
  • головокружение.

Если же концентрация вещества превышена, то возникает опасность поражения печени и кровеносной системы человека

ПДК сернистого газа

ПДК сернистого газа – это предельная концентрация диоксида серы. Максимально допустимая разовая доля газа в воздухе должна составлять не более  0,5 мг/м3. Среднесуточное значение составляет 0,05 мг/м3. Допустимая норма для рабочей зоны (помещения) не должна превышать 10 мг/м3.

Способы получения и производства сернистого газа

Существуют разнообразные способы получения диоксида серы, и каждый из них требует использование особых технических средств и приемов. Отличительной чертой каждого способа получения сернистого газа является применение различного серосодержащего материала.

Одним из способов получения диоксида серы является обжиг колчедана. При обжиге происходят разные химические процессы, а именно: реакция термического разложения дисульфида железа, вследствие чего образуется сульфид железа и происходит выделение серы, находящейся в парообразном состоянии. Выделение серы возникает при нагревании вещества до температуры в 500 0С градусов, и с последующим повышением температуры только увеличивает свою интенсивность. Затем, пары серы сгорают, выделяя при этом диоксид серы. Образование сернистого газа при медленном окислении пирита происходит при температуре 170-260 0С градусов. Температура воспламенения колчедана во многом зависит от степени того, насколько мелко он измельчен. Чем меньше, тем раньше колчедан воспламенится. Применение различных присадок и катализаторов позволяет регулировать температурные параметры.

Следующий способ получения сернистого газа – сжигание серы. Этот метод предполагает использование различных видов печей. Для того чтобы добиться оптимальной концентрации газа целесообразно использовать печи в распыленном состоянии. Данный метод получение диоксида серы в несколько раз эффективнее предыдущего способа. С теоретической точки зрения, при окислении серы 21% кислородом воздуха, на выходе можно получить тот же 21% сернистого газа. В том случае, если производить обжиг серы с незначительной подачей воздуха, то можно добиться получения газа с большой концентрацией SO2. На практике же, добиться таких результатов не представляется возможным из-за того, что такой процесс повлечет за собой резкий рост температуры, что недопустимо для печи.

Получение сернистого газа из пирита

Пирит представляет собой ценное сырье для получений сернистого газа. При его обжиге получают до 50% диоксида серы. Процесс получения сернистого газа состоит из нескольких этапов. Вначале пирит обжигают в печах различной конструкции. В процессе обжига выделяется значительное количество тепла. Когда температура достигает отметки в 5000С и более, пирит начинает расщепляться. Во время процесса расщепления сгорает сера. После этого сульфид железа окисляется, и остатки серы переходят в сернистый газ.

Получение сернистого газа из сульфида

Данный способ может быть реализован в условиях лаборатории. Получение диоксида серы происходит посредством воздействия сильных кислот на сульфиды. В результате такого взаимодействия, кислота распадается на воду и сернистый газ.

Восстановление сернистого газа

Процесс восстановление диоксида серы осуществляется коксом или древесным углем. При восстановлении до серы, возникают различные нежелательные реакции, что приводит к чрезмерному расходу восстановительного материала. Для достижения желаемого результата, во время восстановительной реакции должна поддерживаться температура порядка 900-1200оС. Процесс восстановления при помощи кокса проходит намного медленнее, чем с древесным углем. В условиях лаборатории, в процессе восстановления используют метан и железистый боксид, выполняющий роль катализатора.

Оборудование и аппараты получения сернистого газа

Получение сернистого газа в промышленных условиях происходит разными способами. Для основного из них требуется диоксид элемента.

Этот процесс делится на четыре этапа:

  1. сернистый ангидрид получают в процессе сжигания серы в специальных печах;
  2. очистка диоксида серы от имеющихся примесей;
  3. окисление посредством применения катализатора;
  4. абсорбция триоксида серы с использованием воды.

В зависимости от выбранного способа получения сернистого газа используются разные виды оборудования. В основном в промышленности применяются установки Клауса, которые состоят из печи-реактора, емкости дегазации, котла-утилизатора и другого оборудования. Оборудование изготавливается из металла, который дополнительно подвергается антикоррозийной обработке.

Производители оборудования для получения и очистки сернистого газа

Оборудование для получения и очистки сернистого газа производит узкое число производителей. С целью закупки соответствующих установок производителям нужно обращаться в специализированные компании, которые предоставляют услуги по обустройству и реконструкции промышленных предприятий.

Среди производителей можно отметить компании:

  • «Дальневосточный завод энергетического машиностроения» (Дальэнергомаш), занимающийся производством нагнетателей сернистого газа 400-12-2, 700-13-1, 1050-13-1, Э 1700-11-2М;
  • Российское приборостроительное предприятие «ОПТЭК» специализируется в области аналитического приборостроения и занимается выпуском хемилюминесцентного газоанализатора диоксида серы в атмосферном воздухе.

Применение сернистого газа

Сернистый газ активно используется не только в химической промышленности, но и в разных отраслях экономики. Диоксид серы отличается хорошими дезинфицирующими свойствами, поэтому его активно применяют в борьбе с различными бактериями и грибками. Сернистым ангидридом окуривают помещения, в которых хранится сельскохозяйственная продукция или винные бочки, а также подвалы.

Сернистый газ активно применяется в пищевой промышленности. Сернистый газ используют в качестве антибактериального и консервирующего средства. В диоксиде серы можно вымачивать свежие плоды или добавлять в сиропы. Например, сульфитизация сока сахарной свеклы обеспечивает обеззараживание сырья и его обесцвечивание. Диоксид серы содержится в консервированных соках и овощных пюре для предотвращения окисления продукции. Сернистый газ нашел свое применение и в других производственных и промышленных отраслях.

Получение серы из сернистого газа

В современных условиях производители используют следующие методы Клауса с целью получения серный и сернистого газа:

  1. Прямоточный процесс. Используют, если в кислых газах объем сероводорода превышает 50%, а углеводородов меньше 2%. Этот метод подразумевает подачу газа на сжигание в печь-реактор специальной установки, в которой также присутствует котел-утилизатор. В топке печи температура способна достигнуть 1100-1300 °С. Причем выход серы способен составить до 70%. Далее, получение серы подразумевает использование катализаторов при максимальной температуре 220-260 °С. В результате прохождения каждого этапа пары серы будут конденсироваться на поверхностях. При сгорании сероводорода выделится тепло, применяемое для создания пара низкого и высокого давления. В результате получение серы способно составить до 97%.
  2. Разветвленный процесс. Может использоваться, если в кислотных газах объем сероводорода составляет около 40%, а углеводород не превышает 2%. В результате сжигают одну третью газа с последующим получением сернистого ангидрида. Оставшееся вещество поступает на специальную каталитическую ступень, а не в печь реактор, как в предыдущем способе. В результате взаимодействия сероводорода и сернистого ангидрида получает до 95% серы.
  3. Схема с предварительным подогревом воздуха или газа. Если объем сероводорода в газе не превышает 30%, используют вторую схему, но минимальная температура в процессе работы топки печи-реакторе должна составлять 930 °С.
  4. Схема прямого окисления. Применяется, если в газе объем сероводорода составляет не более 15%. При этом не применяется стадия сжигания газа под высокой температурой. Диоксид серы смешивают с воздухом и падают на каталитическую ступень конверсии. В результате получают до 86% серы.

Сернистый газ используют для отбеливания тканей

Одной из сфер применения является текстильное производство, где используют сернистый газ, а также продукты химического взаимодействия. Потребность в этих химических веществах возникает, благодаря хорошим отбеливающим свойствам диоксида серы.

Текстильные комбинаты применяют рассматриваемое вещество с целью отбеливания тканей, созданных из шерсти и шелка. Этот метод является одним из актуальных видов отбеливания без применения хлорки. Преимущество процедуры состоит в том, что волокна не будут разрушены.

Загрязнение сернистым газом

Соединения серы способны привести к серьезным загрязнениям атмосферы. Основными источниками сернистого газа является вулканическая деятельность, а также процессы окисления сероводорода.

По данным исследователей, ежегодно в атмосферу попадает примерно 4 миллионов  тонн сернистого газа в результате вулканической деятельности, а 200 миллионов тонн образовывается и сероводорода. Большой ущерб также приносят промышленные источники. Важно учитывать, что сернистый газ является ядовитым и представляет угрозу для здоровья людей и животных, а также причиняет ущерб растительности.

Отравление сернистым газом

Сернистый газ отличается раздражающим действием на слизистые оболочки. Объясняется это тем, что вещество при контакте с водой образует серную и сернистую кислоты. В результате она оказывает резорбтивное действие, которое приводит к нарушению ферментативных и обменных процессов.

При небольшой концентрации сернистого газа появляется раздражение глаз и верхних дыхательных путей, гиперемия слизистых оболочек, першение в горле, насморк, кашель и охриплость голоса. При более высокой концентрации возникает воспаление или ожог слизистых оболочек носоглотки, глаз, бронхов и трахеи.

Тяжелое отравление способно привести к гнойным бронхитам, острой эмфиземе и токсической пневмонии. Дополнительными симптомами является расстройство сознания. Вдыхание сернистого газа с большой концентрацией способно привести к рефлекторному спазму голосовой щели и у пострадавшего будет наблюдаться ощущение удушья. Если сернистый газ в жидком виде попадет в глаза, верхние слои роговицы могут быть уничтожены, что особенно опасно для зрения. При попадании на кожу сначала появляется побледнение, а затем, гиперемия и образование пузырей. В таких ситуациях помощь пострадавшим должна быть оказана незамедлительно.

Очистка газа от сернистых соединений

Очистка газа от сернистых соединений выполняется за счет пропускания через катализатор низкотемпературной конверсии окиси углерода, отработанного в процессе производства аммиака. Такой катализатор создают на основе меди, хрома и цинка. Данный способ получения относят к методам тонкой очистки газов.

Очистка от сернистых соединений может производиться и посредством пропускания газа с помощью катализатора при температуре от 200 до 400 0C. При этом поддерживается давление от 20 до 30 атм. Недостаток представленных способов состоит в том, что процесс осуществляется с применением катализатора высокой стоимости. Ключевая задача производителей – получение сернистого газа с минимальными затратами. Проблему можно решить посредством очистки с помощью специального поглотителя сернистых соединений, который должен быть приготовлен в соответствии с требованиями ТУ 113-03-2001-91.