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 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 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 - экзотермическая, температурный режим ее проведения должен приближаться к линии оптимальных температур. Нижним 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 ,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 сернокислой промышленности, - увеличение степени превращения диоксида серы и снижения его выбросов в атмосферу.

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 газе соотношение O₂:SO₂ существенно повышается, что приводит к смещению равновесия реакции вправо. 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%.

Ход каталитического окисления SO₂ в полочном реакторе.

3 4 2

1.0

0,9

0,8

0,7 1

Степень 0,6

превращения SO₂ 0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

400 450 500 550 600

Температура, ˚C

Равновесные кривые: 1 – для исходного реакционного газа (первая ступень контактирования в схемах ДКДА), 2 - для реакционной смеси после промежуточной абсорбции SO₃; адиабаты последнего слоя реактора, 3 – при одинарном контактировании, 4 – при двойном контактировании.