О. И. Платонов, независимый консультант, канд. техн. наук, эл. почта: оilpa@yandex.ru
Л. Ш. Цемехман, член редколлегии журнала «Цветные металлы», докт. техн. наук, профессор, эл. почта: lev.tsem1@gmail.com

Для устойчивого экономического развития необходимо обеспечить полную утилизацию всех видов отходов, в том числе отходящих газов цветной металлургии. Для удаленных металлургических предприятий наиболее приемлемым путем утилизации «крепких» сернистых газов автогенной плавки, содержащих свыше 20 % диоксида серы, является получение элементной серы, поскольку сера в элементной форме является товарным продуктом, наиболее пригодным к транспортировке или длительному хранению. Чтобы оценить потенциальные возможности извлечения серы из отходящих газов автогенной плавки в диапазоне температур 250÷1300 ^оС, проанализировали термодинамику восстановления метаном кислородсодержащих сернистых газов, содержащих ~36 % (об.) SO₂. Установлено, что избыток восстановителя резко снижает выход серы на последней стадии каталитической Клаус-переработки. Термодинамическими расчетами при 300 ^оС и значениях соотношения Клауса CR[H₂S]/[SO₂]=0,36÷1,98 выявлено, что равновесная концентрация сероводорода с ростом соотношения Клауса в восстановленном сернистом газе увеличивается. Выполнено сравнение результатов термодинамического анализа с фактическими данными по конверсии в диапазоне температуры 230÷260 ^оС восстановленного сернистого газа в каталитическом реакторе участка производства серы Медного завода Заполярного филиала ПАО «ГМК «Норильский никель» (далее — Норникель). Установлено, что при переработке кислых газов в реакторах Клауса фактические значения конверсии сероводорода заметно превышают равновесные, что может быть обусловлено ограничениями скорости реакции гидролиза серы, обратной реакции Клауса, и определяет актуальность разработки кинетической модели Клаус-конверсии. Как установлено анализом данных промышленного эксперимента, оптимальной для стадии Клаус-конверсии восстановленного сернистого газа является температура реактора Клауса 230–250 ^оС.

1. Oruzheynikov A. I., Borbat V. F., Anshits A. G. Realizing the Sulphur-closed technological processes of metallurgical production // Chemistry for Sustainable Development. 2004. Vol. 12, No. 6. P. 701–708.
2. Eryomin O. G., Tarasov A. V., Eryomina G. A. Sulfur production from the exhaust gases from non-ferrous autogenous smelting processes // Nickel-Cobalt'97: Proc. Nickel-Cobalt Int. Symp., Sudbury, 17–20 Aug. 1997. Vol. 3. — Montreal, 1997. P. 285–292.
3. Хайрулин С. Р., Керженцев М. А., Яшник С. А. и др. Процессы очистки газовых выбросов предприятий цветной металлургии от диоксида серы. Промышленные технологии и катализаторы // Химия в интересах устойчивого развития. 2015. Т. 23. С. 469–489.
4. Young S. W. The Thiogen process for removing sulfur fumes // Transactions of the American Institute of Chemical Engineers. 1915. Vol. 8. P. 81–89.
5. Юшкевич Н. Ф., Каржавин В. А. Получение серы из сернистого газа // Журнал химической промышленности. 1931. Т. 8, № 1. С. 3–14.
6. Fleming E. P., Fitt T. C. Нigh purity sulfur from smelter gases // Industrial and Engineering Chemistry. 1950. Vol. 42, No. 11. P. 2249–2253.
7. Hunter W. D., Michener A. W. New elemental sulphur recovery system establishes ability to handle roaster gases // Engineering & Mining Journal. 1973. No. 6. Р. 117–120.
8. Авдеева А. В. Получение серы из газов. — М. : Металлургия, 1977. — 174 с.
9. Okura T. Production of elemental sulphur from non-ferrous smelter gas // Metallurgical and Materials Processing: Principles and Technologies (Yazawa International Symposium) Vol. 1 / Materials Processing Fundamentals and New Technologies; ed. F. Kongoly, K. Itagaki, C. Yamauchi, H. Y. Sohn. — Warrendale : TMS, 2003. P. 519–526.
10. Илюхин И. В., Козлов А. Н., Сапегин Ю. В., Деревнин Б. Т., Ерошевич С. Ю. Реконструкция производства серы на Медном заводе ЗФ ГМК «Норильский никель» // Цветные металлы. 2008. № 12. С. 44–46.
11. Платонов О. И., Цемехман Л. Ш. Методы получения серы из металлургических газов: общие и частные вопросы разных технологий // Цветные металлы. 2009. № 8. С. 47–52.
12. Ghahraloud H., Farsi M., Rahimpour M. R. Modeling and optimization of an industrial Claus process: Thermal and catalytic section // Journal of the Thaiwan Institute of Chemical Engineers. 2017. Vol. 76, No. 4. P. 1–9.
13. Грунвальд В. Р. Технология газовой серы. — М. : Химия, 1992. — 272 с.
14. Grancher P. Advances in Claus technology. Part 1: Studies in reaction mechanics // Hydrocarbon Processing. 1978. Vol. 57, No. 7. P. 156–160.
15. Kohl A. L., Nielsen R. B. Gas Purification – 5th ed. — Houston, Texas : Gulf Publishing Copany, 1997. — 1395 p.
16. Голубева И. А. Газовая сера : учеб. пособие. — М. : Изд. центр РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2015. — 242 с.
17. Филатова О. Е. Критерии оценки эффективности катализаторов производства газовой серы // Актуальные проблемы газохимии : Тр. Московского семинара по газохимии 2002–2003 гг. — М. : Изд. центр РГТУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2004. С. 169–182.
18. Gamson B. W., Elkins R. H. Sulfur from Hydrogen Sulfide // Chemical Engineering Progress. 1953. Vol. 49, No. 4. P. 203–215.
19. Paskall H. G. Capability of the modified Claus process/ Sulphur experts, Inc., Calgary, Alberta, Canada, 1979 / Reprinted in: Kohl A. L., Nielsen R. B. Gas Purification. — Houston, Texas, 1997.
20. Maadah A. G., Maddox R. N. Predict Claus products // Hydrocarbon Processing. 1978. Vol. 57, No. 8. P. 143–146.
21. Bennnett G. A., Meisen A. Experimental determination of air-H2S equilibria under Claus furnace conditions // The Canadian Journal of Chemical Engineering. 1981. Vol. 59. P. 532–539.
22. Gazimzyanov N. R., Platonov O. I. Efficiency of a Claus Furnace in the coke-oven gas desulphurization circuit of MMK // Coke and Chemistry. 2017. Vol. 60. No. 5. P. 199–202.
23. Платонов О. И., Васильев Ю. В., Рябко А. Г., Цемехман Л. Ш., Яценко С. П. К выбору схемы восстановления отходящего газа печи Ванюкова // Цветные металлы. 2004. № 2. С. 68–72.
24. Иориш В. С., Белов Г. В., Юнгман В. С. Программный комплекс ИВТАНТЕРМО для Windows и его использование в прикладном термодинамическом анализе. Препринт ОИВТАН № 8-415. — М. : ОИВТАН, 1998. — 56 с.
25. Егоров В. Н., Платонов О. И., Яценко С. П. О температурной зависимости Клаус-конверсии сероводорода на промышленных алюмооксидных катализаторах // Катализ в промышленности. 2004. № 4. С. 41–44.
26. Platonov O. I., Tsemekhman L. Sh. High-efficiency process for production sulfur from metallurgical sulfur dioxide gases // Russian Journal of Applied Chemistry. 2016. Vol. 89, No 1. P. 16–25.
27. Ерёмин О. Г., Макаров Д. Ф., Барышев А. А., Орлов В. Н., Тимошенко М. В. и др. Получение серы метановым способом из газов автогенной плавки // Цветные металлы. 1992. № 5. С. 10–12.
28. Пат. 2264978 РФ. Способ оценки работоспособности катализатора в реакторах установок получения серы по методу Клауса и реакторов доочистки по методу Сульфрен / Филатова О. Е., Кисленко Н. Н., Крашенников С. В., Моргун Л. В., Махошвили Ю. А. ; заявл. 08.04.2004 ; опубл. 27.11.2005, Бюл. № 33.
29. Platonov O. I., Tzhemekhman L. Sh. Gas composition matters // Sulphur. 2009. No. 322. P. 47–49.
30. Egorov V. N., Krinitsyn E. N., Melnikov I. I., Platonov O. I., Tarasov N. A. et al. Particularities in processes ammonia decomposition and sulfur production // Coke and Chemistry. 2001. No. 12. P. 14–19.
31. Sepehr Sadighi, Seyed Reza Seif Mohaddecy, Mehdi Rashidzadeh. Modeling, evaluating and scaling up a commercial multilayer Claus converter based on branch scale experiments // Bulletin of Chemical Reaction Engineering and Catalysis. 2020. Vol. 15, No. 2. P. 465–475.
32. Щурин Р. М., Онопко Т. В., Калинина Н. В., Плинер В. М. Производство газовой серы методом Клауса. Обзорная информация. Серия: Промышленная и санитарная очистка газов. — М. : ЦИНТИхимнефтемаш, 1986. — 38 с.
33. Platonov O. I. Thermodynamics of Hydrogen-Sulfide Conversion in a Claus reactor in Coke-oven Gas Desulfurization Circuit of MMK // Coke and Chemistry. 2018. Vol. 61, No. 9. P. 344–348.
34. Власов В. А., Платонов О. И., Терентьев А. О., Цемехман Л. Ш. Испытания процесса каталитической конверсии восстановленного сернистого газа // Цветные металлы. 2021. № 1. С. 25–31. DOI: 10.17580/tsm.2021.01.02.