Контактное окисление
диоксида серы
Реакция (III) окисления диоксида серы
характеризуется очень высоким значением энергии активации и поэтому
практическое ее осуществление возможно лишь в присутствии катализатора.
В промышленности
основным катализатором окисления SO2 является катализатор на основе оксида ванадия V2O5 (ванадиевая контактная масса).
Каталитическую активность в этой реакции проявляют и другие соединения, прежде
всего платина. Однако платиновые катализаторы чрезвычайно чувствительны даже к
следам мышьяка, селена, хлора и других примесей и поэтому постепенно были
вытеснены ванадиевым катализатором.
Каталитическую
активность проявляет также оксид железа(III) Fe2O3, однако лишь в области
высоких температур. Каталитической активностью Fe2O3, входящего в состав огарка можно объяснить наличие в обжиговом
газе, выходящем из печей КС, небольших количеств триоксида серы.
Скорость реакции и
вид кинетического уравнения зависит от типа применяемого катализатора. В
промышленности применяют в основном ванадиевые контактные массы БАВ, СВД, СВС,
ИК, в составе которых ~ 8% V2O5, нанесенного на пористый
носитель.
Скорость каталитического окисления диоксида серы на ванадиевом
катализаторе описывается уравнением:
dxso2
kp 1-xso2 x²so2
= · β- (1.1),
dτ
a 1-0,2xso2 pK²p(1-xso2)²
b - 0,5axso2
где
β =
; xso2 – степень превращения;
1 -
0,5axso2 τ –
время контактирования;
k – константа скорости прямой реакции; Kp – константа равновесия реакции (III); р – давление.
Для упрощенных
расчетов можно пользоваться уравнением Борескова:
0,8
dcso2 cso2 - cso2· e
ωrso2 = - = k co2 (1.2)
dτ cso3
Из уравнений (1.1)
и (1.2) следует, что скорость реакции зависит от степени приближения к равновесию
и как функция температуры проходит через максимум (с ростом температуры растет
константа скорости прямой реакции и уменьшаются константа равновесия и
равновесная степень превращения).
Скорость реакции
повышается с ростом концентрации кислорода, поэтому процесс в промышленности
проводят при его избытке.
Так как реакция
окисления SO2 относится
к типу экзотермических, температурный режим ее проведения должен приближаться к
линии оптимальных температур. На выбор температурного режима дополнительно
накладываются два ограничения, связанные со свойствами катализатора. Нижнем
температурным пределом является температура зажигания ванадиевых катализаторов,
составляющая в зависимости от конкретного вида катализатора и состава газа 400
- 440˚C. Верхний температурный предел составляет 600 - 650˚C и
определяется тем, что выше этих температур происходит перестройка структуры
катализатора и он теряет свою активность.
В диапазоне 400 -
600˚C процесс стремятся провести так, чтобы по мере увеличения степени
превращения температура уменьшалась.
Одна из важнейших
задач стоящих перед сернокислой промышленностью, - увеличение степени
превращения диоксида серы и снижения его выбросов в атмосферу. Эта задача может
быть решена несколькими методами.
Один из наиболее
рациональных методов решения этой задачи, повсеместно применяемый сернокислой
промышленности, - метод двойного контактирования и двойной абсорбции (ДКДА).
Его сущность состоит в том, что реакционную смесь, в которой степень
превращения SO2
составляет 90 – 95%, охлаждают и направляют в промежуточный абсорбер для
выделения SO3. В
оставшемся реакционном газа соотношение O2 : SO2
существенно повышается, что приводит к смещению равновесия реакции вправо
(равновесная кривая 2 на рис. 2). Вновь нагретый реакционный газ снова подают в
контактный аппарат, где на одном – двух слоях катализатора достигают 95%
степени превращения оставшегося SO2.
Суммарная степень превращения SO2
составляет в таком процессе 99,5-99,8%.
При подготовке данной
работы были использованы материалы с сайта http://www.studentu.ru