vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2021-2-217-223vguit-2778Research ArticleХимическая технологияFundamental and Applied chemistry, chemical technologyМетод производства жидкого диоксида серы на основе серы и кислорода. Разработка и исследование рентабельного способаLiquid sulfur dioxide production method based on sulfur and oxygen. R&D of economically feasible methodЗеленова-ГюльалиеваМ. А.Zelenova-GyulalievaM. A.

научный сотрудник, аспирант, отдел серной кислоты, Северное шоссе, 75, г. Череповец, 162622, Россия

postgraduate student, researcher, sulfuric acid department, Severnoye shosse, 75, Cherepovets, 162622, Russia

mzelenova@phosagro.ruИгинВ. В.IginV. V.

к.т.н., начальник отдела, отдел серной кислоты, Северное шоссе, 75, г. Череповец, 162622, Россия

Cand. Sci. (Tech.), head of department, sulfuric acid department, Severnoye shosse, 75, Cherepovets, 162622, Russia

vigin@phosagro.ruАксенчикК. В.AksenchikK. V.

к.т.н., доцент, кафедра химических технологий, пр. Луначарского, 5, г. Череповец, 162600, Россия

Cand. Sci. (Tech.), associate professor, chemical technology department, Lunacharskogo ave., 5, Cherepovets, 162600, Russia

kvaksenchick@chsu.ruНаучно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам имени профессора Я.В СамойловаРоссияThe Research Institute for Fertilizers and Insectofungicides Named after Professor Y. SamoilovRussian FederationНаучно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам имени профессора Я.В СамойловаRussian Federationhe Research Institute for Fertilizers and Insecto-Fungicides Named after Professor Y. SamoilovRussian FederationЧереповецкий государственный университетRussian FederationDepartment of Chemical Technologies, Сherepovets State UniversityRussian Federation202125062021832217223Copyright © Зеленова-Гюльалиева М.А., Игин В.В., Аксенчик К.В., 20212021Зеленова-Гюльалиева М.А., Игин В.В., Аксенчик К.В.Zelenova-Gyulalieva M.A., Igin V.V., Aksenchik K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/2778

В статье обсуждается актуальность промышленного производства жидкого диоксида серы, а также области его применения. В статье приведена краткая характеристика известных способов производства жидкого диоксида серы: применение обжигового газа; сероолеумный способ; многоступенчатая конденсация; низкотемпературный криогенный процесс; окисление серы кислородом при его стехиометрическом недостатке. В ходе проведенного анализа были выявлены основные недостатки рассмотренных методов, которые позволили разработать инновационный вариант технологической схемы производства. На основании полученных данных, в АО «НИУИФ» был разработан и запатентован способ получения жидкого диоксида серы, основным сырьём которого является сера и кислород в стехиометрическом недостатке. Принципиальным отличием предлагаемой промышленной схемы является применение технического кислорода вместо воздушного дутья и использование в аппаратурной схеме серной печи и конденсатора паров серы, совмещённых в одном корпусе. Предложенное решение значительно снижает энергозатраты и исключает возможность кристаллизации жидкой серы в оборудовании. Поэтому, данную схему можно считать более надежной и целесообразной по сравнению с существующими. Также, в технологической схеме разработанной установки, на производство 1 т жидкого диоксида серы требуются существенно меньшие энергозатраты, чем в существующих технологиях. Для определения конструктивных параметров оборудования и отработки процессов, в статье приведено описание лабораторной установки получения жидкого диоксида серы, разработанной и уже смонтированной в АО «НИУИФ». В настоящий момент на установке проводятся эксперименты с целью наладки режима работы и наработки физико-химических данных процесса.

The article shows the relevance of the industrial production of liquid sulfur dioxide, as well as the fields of its application. Herewith there is provided a brief description of the known methods for the production of liquid sulfur dioxide: the use of roast gas; sulfur-oleum method; multi-stage condensation; low temperature cryogenic process; oxidation of sulfur with oxygen under its stoichiometric deficiency. In the course of the analysis, the main shortcomings of the considered methods were identified, which made it possible to develop an innovative version of the process scheme. Based on the data obtained, JSC “NIUIF” has developed and patented a method for producing liquid sulfur dioxide, the main raw material of which is sulfur and oxygen under its stoichiometric deficiency. The principal difference of the proposed industrial scheme is the use of technical oxygen instead of air blast and the use of a sulfur furnace and a sulfur vapor condenser combined in one housing in the apparatus scheme. The proposed solution significantly reduces energy consumption and eliminates the possibility of liquid sulfur crystallizing inside the equipment. Therefore, this scheme can be considered more reliable and reasonable in comparison with the existing ones. Also, in the process scheme of the developed unit, the production of 1 ton of liquid sulfur dioxide consumes significantly less energy than in the existing technologies. To determine the design parameters of the equipment and master the processes, the article describes a lab unit for producing liquid sulfur dioxide, developed and already installed at JSC "NIUIF". At the moment, experiments are carried out at the facility for the purpose of adjusting the operation mode and collecting the physical and chemical process data.

жидкий диоксид серысеракислородконденсациясжиганиеliquid sulphur dioxidesulfuroxygencombustioncondensationReferencesСергеева Я.А. Использование диоксида серы в технологии виноделия // Приоритетные направления развития пищевой индустрии. Ставрополь. 2016. С. 517–520.Sergeeva Ya.A. The use of sulfur dioxide in the technology of winemaking. Priority directions of development of the food industry. Stavropol. 2016. pp. 517–520. (in Russian).Пищевая добавка Е 220: бокал вина с диоксидом серы. URL: https://vkusologia.ru/dobavki/konservanty/e220.htmlFood supplement E 220: glass of wine with sulfur dioxide. Available at: https://vkusologia.ru/dobavki/konservanty/e220.html (in Russian).Маслова С.А., Соколов А.С. Преимущества сжигания серы в циклонных печах // Научн. конф. молодых студентов и учебных МГУИЭ. М.: Московский государственный университет инженерной экологии. 2009. С. 7.Maslova S.A., Sokolov A.S. Advantages of sulfur combustion in cyclone furnaces. Scientific. conf. young students and educational MGUIE. Moscow, Moscow State University of Environmental Engineering. 2009. pp. 7. (in Russian).Селиванов Н.В., Яковлев П.В. Исследования теплообмена при плавлении серы // Вестник Астраханского государственного технического университета. 2005. № 2. С. 204–212.Selivanov N.V., Yakovlev P.V. Investigations of heat transfer during sulfur melting. Bulletin of the Astrakhan State Technical University. 2005. no. 2. pp. 204–212. (in Russian).Гумбатов М.О. Сжигание жидкой серы в атмосфере сухого воздуха и утилизация тепла с получением насыщенного пара // Проблемы современной науки и образования. 2018. № 11. С. 28–31. doi:10.20861/2304–2338–2018–131Gumbatov M.O. Combustion of liquid sulfur in an atmosphere of dry air and heat utilization to obtain saturated steam. Problems of modern science and education. 2018. no. 11. pp. 28–31. doi: 10.20861/2304-2338-2018-131 (in Russian).Холмуминов А.А., Шерниёзов Б.Ш.У., Ходжаева Н.К., Ахадов А.А.У. и др. Влияние потока воздуха на теплоту сгорания очищенной расплавленной серы // Химия и химическая технология. 2018. №. 1. С. 56–59.Kholmuminov A.A., Sherniyozov B.Sh.U., Khodzhaeva N.K., Akhadov A.A.U. et al. Influence of air flow on combustion heat of purified molten sulfur. Chemistry and chemical technology. 2018. no. 1. pp. 56–59. (in Russian).Qing M., Su S., Wang L., Liu L. et al. Getting insight into the oxidation of SO2 to SO3 over V2O5-WO3/TiO2 catalysts: reaction mechanism and effects of NO and NH3 // Chemical Engineering Journal. 2019. V. 361. P. 1215-1224. doi: 10.1016/j.cej.2018.12.165Qing M., Su S., Wang L., Liu L. et al. Getting insight into the oxidation of SO2 to SO3 over V2O5-WO3/TiO2 catalysts: reaction mechanism and effects of NO and NH3. Chemical Engineering Journal. 2019. vol. 361. pp. 1215-1224. doi: 10.1016/j.cej.2018.12.165Verri M., Baldelli A. Integrated production of liquid sulphur dioxide and sulphuric acid via a low-temperature cryogenic process // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2013. V. 113. №. 8. P. 602-609.Verri M., Baldelli A. Integrated production of liquid sulphur dioxide and sulphuric acid via a low-temperature cryogenic process. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2013. vol. 113. no. 8. pp. 602-609.Spo?rl R., Walker J., Belo L., Shah K. et al. SO3 emissions and removal by ash in coal-fired oxy-fuel combustion // Energy & Fuels. 2014. V. 28. №. 8. P. 5296-5306. doi: 10.1021/ef500806pSpo?rl R., Walker J., Belo L., Shah K. et al. SO3 emissions and removal by ash in coal-fired oxy-fuel combustion. Energy & Fuels. 2014. vol. 28. no. 8. pp. 5296-5306. doi: 10.1021/ef500806pBoyadjiev C.B. On the SO2 problem in power engineering // Proceedings of Energy Forum. 2011. Р. 114–125.Boyadjiev C.B. On the SO2 problem in power engineering. Proceedings of Energy Forum. 2011. pp. 114–125.Zhang F., Heidarifatasmi H., Harth S., Zirwes T. et al. Numerical evaluation of a novel double-concentric swirl burner for sulfur combustion // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. № 133. 110257. doi: 10.1016/j.rser.2020.110257Zhang F., Heidarifatasmi H., Harth S., Zirwes T. et al. Numerical evaluation of a novel double-concentric swirl burner for sulfur combustion. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. no. 133. 110257. doi: 10.1016/j.rser.2020.110257Зеленова-Гюльалиева М.А., Игин В.В., Аксенчик К.В. Инновационная установка по производству жидкого сернистого ангидрида // Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности: cб. тр. XI международной научной конференции. Казань: ООО «Конверт», 2020. С. 117–120.Zelenova-Gyulalieva M.A., Igin V.V., Aksenchik K.V. Innovative plant for the production of liquid sulfur dioxide. Priority areas of innovation in industry: collection of articles. tr. XI international scientific conference. Kazan: LLC "Envelope", 2020. pp. 117–120. (in Russian).Игин В.В., Зеленова М.А, Грабун Е.М. Технология производства жидкого сернистого ангидрида на основе серы и кислорода // Химия и материаловедение: cб. тр. Кольского научного центра. 2019. № 3. С. 106–113. doi: 10.25702/KSC.2307–5252.2019.10.1.106–112Igin V.V., Zelenova M.A., Grabun E.M. Technology of production of liquid sulfurous anhydride based on sulfur and oxygen. Chemistry and material science: collection of articles. tr. Kola Science Center. 2019. no. 3. pp. 106–113. doi: 10.25702/KSC.2307-5252.2019.10.1.106-112 (in Russian).Игин В.В., Зеленова-Гюльалиева М.А. Перспективные разработки в области производства жидкого сернистого ангидрида на основе серы и кислорода // 100 лет развития науки и производства. Секция 3. Череповец. 2020. С. 172–179.Igin V.V., Zelenova-Gyulalieva M.A. Perspective developments in the field of production of liquid sulfur dioxide based on sulfur and oxygen. 100 years of development of science and production. Section 3. Cherepovets. 2020. pp. 172–179. (in Russian).Игин В.В., Зеленова-Гюльалиева М.А., Аксенчик К.В. Промышленная и лабораторная установки по производству жидкого сернистого ангидрида на основе серы и кислорода // Химия и материаловедение: сб. тр. Кольского научного центра. 2020. Т. 11. № 3–4. С. 68–72. doi: 10.37614/2307–5252.2020.3.4.014Igin V.V., Zelenova-Gulalieva M.A., Aksenchik K.V. Industrial and laboratory installations for the production of liquid sulfurous anhydride based on sulfur and oxygen. Chemistry and material science: collection of articles. tr. Kola Science Center. 2020. vol. 11. no. 3-4. pp. 68–72. doi: 10.37614/2307–5252.2020.3.4.014 (in Russian).Ad?nez J., Abad A., Mendiara T., Gay?n P. et al. Chemical looping combustion of solid fuels // Progress in Energy and Combustion Science. 2018. № 65. P. 6–66. doi: 10.1016/j.pecs.2017.07.005Ad?nez J., Abad A., Mendiara T., Gay?n P. et al. Chemical looping combustion of solid fuels. Progress in Energy and Combustion Science. 2018. no. 65. pp. 6–66. doi: 10.1016/j.pecs.2017.07.005Garcia-Labiano F., de Diego L.F., Cabello A., Gayan P. et al. Sulphuric acid production via Chemical Looping Combustion of elemental Sulphur // Applied Energy. 2016. № 178. Р. 736–745. doi: 10.1016/j.apenergy.2016.06.110.Garcia-Labiano F., de Diego L.F., Cabello A., Gayan P. et al. Sulphuric acid production via Chemical Looping Combustion of elemental Sulphur. Applied Energy. 2016. no. 178. pp. 736–745. doi: 10.1016/j.apenergy.2016.06.110.Аксенчик К.В. Эволюция и перспективы энерго- и ресурсосберегающих подходов в технологии аммиака // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2021. Т. 64. № 1. С. 4–21. doi: 10.6060/ivkkt.20216401.6310Aksenchik K.V. Evolution and prospects of energy and resource saving approaches in ammonia technology. Izv. universities. Chemistry and chem. technology. 2021. vol. 64. no. 1. pp. 4–21. doi: 10.6060/ivkkt.20216401.6310 (in Russian).Johnsson J. E., Glarborg P. Sulphur chemistry in combustion I // Pollutants from Combustion. 2000. P. 263-282. doi: 10/1007/978–94–011–4249–6_13Johnsson J. E., Glarborg P. Sulphur chemistry in combustion I. Pollutants from Combustion. 2000. pp. 263-282. doi: 10/1007/978–94–011–4249–6_13Рябчиков М.Ю., Рябчикова Е.С., Обухова Т.Г. Система оптимизации управления сжигания топливом на основе информации о содержании кислорода в отходящих дымовых газах // Электротехнические системы и комплексы. 2012. № 20. С. 316–320.Ryabchikov M.Yu., Ryabchikova E.S., Obukhova T.G. Fuel combustion control optimization system based on information on oxygen content in exhaust flue gases. Electrotechnical systems and complexes. 2012. no. 20. pp. 316–320. (in Russian).Babak V., Mokiychuk V., Zaporozhets A., Redko O. Повышение эффективности сжигания топлива с учетом неопределенности измерения концентрации кислорода // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2016. Т. 6. № 8. С. 54–59.Babak V., Mokiychuk V., Zaporozhets A., Redko O. Improving the efficiency of fuel combustion taking into account the uncertainty in measuring oxygen concentration. Eastern European Journal of Advanced Technologies. 2016. vol. 6. no. 8. pp. 54–59. (in Russian).King M., Moats M., Davenport W. G. Sulfuric acid manufacture: analysis, control and optimization. Newnes, 2013. 425 р. doi: 10.1016/B978–008044428–4/50050–6King M., Moats M., Davenport W. G. Sulfuric acid manufacture: analysis, control and optimization. Newnes, 2013. 425 р. doi: 10.1016/B978–008044428–4/50050–6Wegerhoff S., Engell S. Simulation and control of the oxidation of sulfur dioxide in a micro-structured reactor // IFAC Proceedings Volumes. 2013. V. 46. № 32. P. 803–808. doi: 10.3182/20131218–3IN2045.00154.Wegerhoff S., Engell S. Simulation and control of the oxidation of sulfur dioxide in a micro-structured reactor. IFAC Proceedings Volumes. 2013. vol. 46. no. 32. pp. 803–808. doi: 10.3182/20131218–3 IN 2045.00154

The authors declare that there are no conflicts of interest present.