Модельний дослід із десульфуризації димових газів

На сучасних електростанціях десульфуризацію утворюваних димових газів сьогодні виконують майже виключно як мокре очищення водними слаболужними суспензіями дрібно змеленого природного вапняку (кальцій карбонату). Для цього димові гази з печей спрямовують у промивні вежі, де їх обприскують цією промивною рідиною з кальцій карбонатом. Оскільки сульфур(IV) оксид тут у надлишку, з кальцій карбонату й сульфур(IV) оксиду у два кроки утворюється кальцій гідрогенсульфіт (кальцій бісульфіт):

Кальцій гідрогенсульфіт вдуванням кисню (повітря) окиснюється до гіпсу:

Оброблений так димовий газ далі піддають ще другому промиванню свіжою суспензією вапняку. Оскільки під час першого промивання вже вилучено велику частину сульфур(IV) оксиду, тут кальцій карбонат у надлишку, і в реакції утворюється кальцій сульфіт:

Суспензію з цього промивання далі спрямовують до першого промивання, де потім у надлишку сульфур(IV) оксиду з кальцій сульфіту утворюється кальцій гідрогенсульфіт (див. вище).

Очищений від сульфур(IV) оксиду димовий газ через димар відводять в атмосферу. Утворений гіпс (кальцій сульфат дигідрат) відфільтровують із промивної рідини. Названі реакції, що ведуть до десульфуризації димових газів, відбуваються при цьому самі собою, без потреби додавати будь-які каталізатори чи присадки. Гіпс випадає дуже чистим у вигляді дрібнокристалічного осаду.

За використання відносно чистих вапняків ступінь чистоти димового гіпсу часто перевищує 97 %. Німецьке кам'яне вугілля містить у середньому 1 тонну сірки на 100 тонн вугілля. З неї під час десульфуризації утворюється близько 5,4 тонни гіпсу. Отже, велика електростанція потужністю 700 мегават, яка спалює за годину близько 200 тонн кам'яного вугілля, виробляє щодня близько 260 тонн гіпсу. За таких обсягів цілком можна стверджувати, що електростанція з установкою десульфуризації димових газів є водночас хімічним заводом.

Складання (1/4)

Складання (2/4)

• Правий кінець трубки для спалювання так само нещільно затикають жмутом кварцової скловати (рис. 1), щоб не дати сірці, яка сублімує, вийти з трубки.
• Першу й третю пробірки наповнюють приблизно до половини розчином йоду-калію йодиду.
• Середню пробірку теж приблизно до половини наповнюють насиченим розчином гідроксиду кальцію, до якого додано ще кілька крапель універсального індикатора.
• Зігнуту під прямим кутом скляну трубку (85+60 мм) вставляють у гумову пробку (перед тим змастивши гліцерином, щоб ковзала!) і потім з'єднують осушувальну трубку коротким шматком шланга з її вільним кінцем. Цю пробку зі скляною трубкою закріплюють у лівому кінці трубки для спалювання.
• На короткий кінець зігнутої під прямим кутом скляної трубки (230+55 мм) так само насувають пробку, яку потім закріплюють у правому кінці осушувальної трубки.

Складання (3/4)

Складання (4/4)

• На третій вільний кінець триходового крана запобіжної склянки насувають короткий шматок шланга, на який надівають затискач для шланга.
• До зігнутої під прямим кутом скляної трубки запобіжної склянки під'єднують вакуумним шлангом водоструминний насос.
• Запобіжну склянку закріплюють універсальним затискачем і тримачем із затискачем на нижньому кінці рами для розміщення експериментального обладнання (рис. 1).
• Пальник Бунзена закріплюють на тримачі для приладів із магнітними кріпленнями, підсовуючи його основу з обох боків під гумову стрічку, закріплену на дні тримача.

Виконання

• У порцеляновий човник насипають стільки сірки, щоб дно човника по всій його довжині було вкрите сіркою приблизно на 2 мм.
• Потім, знявши ліву пробку, відкривають трубку для спалювання, обережно засувають човник до середини і знову закривають трубку.
• Запускають водоструминний насос і затискачем для шланга на запобіжній склянці налаштовують потік повітря так, щоб він проходив крізь установку лише повільно. Т
• риходовий кран для цього повертають так, щоб жоден із трьох отворів не був закритий (рис. 3).
• Потім запалюють газовий пальник і газовим краном та подачею повітря налаштовують полум'я так, щоб воно горіло щойно-но безбарвно (не світячись), і нагрівають ним сірку в порцеляновому човнику.

Спостереження

За короткий час видно, як трохи сірки внаслідок сублімації осідає на стінках скляної трубки. Водночас сірка займається і горить синім полум'ям. Невдовзі після цього розчин йоду-калію йодиду в першій пробірці починає світлішати і через деякий час стає геть безбарвним. Коли це сталося, невдовзі змінюється колір у другій пробірці й переходить із синього в червоний. Розчин у третій пробірці за весь цей час не змінюється.

Продовження (1/2)

Коли колір у другій пробірці перейшов із синього в червоний, реакції дають тривати ще приблизно одну хвилину. При цьому розчин у другій пробірці може дещо помутніти. Найпізніше в цей момент реакцію припиняють: гасять газовий пальник і вимикають водоструминний насос. Якщо припинити реакцію запізно, адсорбційна здатність розчину гідроксиду кальцію в другій пробірці вичерпається, і розчин йоду-калію йодиду в третій пробірці теж знебарвиться.

Продовження (2/2)

Із другої пробірки обережно знімають шланги зі скляної трубки та оливи і виймають її з тримача. Вміст пробірки розподіляють порівну між двома великими пробірками. До обох розчинів у пробірках додають трохи 10 %-ї хлоридної кислоти. До одного з двох розчинів обережно додають приблизно 2–3 мл 30 %-го перекису водню і деякий час струшують розчин. Потім до обох пробірок додають по 2–3 мл розчину хлориду барію.

Після додавання розчину хлориду барію білий осад випадає лише в тій пробірці, у яку перед тим додали перекис водню. У пробірці без додавання перекису водню осадження не відбувається.
Щоб пояснити пробу на осадження розчином хлориду барію, ще у двох пробірках розчиняють по кінчику шпателя натрій сульфіту в невеликій кількості дистильованої води і ці розчини так само підкислюють 10 %-ю хлоридною кислотою. До одного з розчинів додають 2–3 мл перекису водню, а після короткого струшування до обох розчинів - трохи розчину хлориду барію. Після додавання розчину хлориду барію і тепер білий осад випадає лише в тій пробірці, у яку перед тим додали перекис водню.

Опрацювання результатів (1/2)

Сульфур(IV) оксид у першій пробірці (розчин Люголя) відновлює йод до йодиду, через що розчин знебарвлюється:

У другій пробірці сульфур(IV) оксид із димового газу адсорбується розчином гідроксиду кальцію і реагує з утворенням кальцій гідрогенсульфіту (кальцій бісульфіту):

Опрацювання результатів (2/2)

При цьому спочатку слаболужний розчин повільно стає кислим, що добре простежується за зміною кольору універсального індикатора. У кислому розчині перекис водню окиснює гідрогенсульфіт до сульфату:

Для виявлення утвореного сульфату слугує осадження у вигляді барій сульфату: