3.3 二氧化硫催化氧化在线视频

各位同学好

本知识点

我们重点介绍

二氧化硫的催化氧化过程

首先了解下其化学平衡

和平衡转化率

二氧化硫氧化生成三氧化硫

是在固体催化剂

五氧化二钒上面进行

转换率较大

它是一个典型的气固催化反应

其反应方程式如下所示

二氧化硫和氧气生成三氧化硫

是一个气体分子数减少

和放热的一个反应

反应的热效应与温度关系如下所示

反应平衡常数和热效应

都与温度相关

最后我们可以得到

二氧化硫氧化反应的平衡常数

和温度的关系

特定条件下我们的

平衡转化率是怎么样的

设原料气中

二氧化硫和氧气的

摩尔分率为A和B

根据反方式

我们可以知道

其理论的摩尔比应该是二比一

但实际工作中

我们采用氧气过量的方式

使二氧化硫的换化率有所提高

我们可以计算得到不同的炉气组成下

平衡转化率的具体数值

下表就是一个部分计算的理论结果

在压力在0.1兆帕的时候

不同的炉气组成

平衡转化率如下所示

随着温度的升高

其平衡是显著降低的

也就是不利于反应的进行

与反应方程式是一个放热反应

是一致的

对于压力而言

我们看一下

随着压力的升高

对于分子数减小的这样一个反应

它是有利于反应的正常进行的

但是如图中的数据所得

我们压力升高之后

反应平衡转化率并没有显著增加

所以在工业上

我们通常采用

常压的方式进行转化

看一下二氧化硫转化的催化剂

目前我们主要用的是钒催化剂

作为二氧化硫氧化反应的催化剂

其主要成分是五氧化二钒

含量在6%到12%之间

氧化钾和氧化钠

作为我们的助剂

二氧化硅作为我们的载体

其外形是一个圆柱型催化剂

直径在4.5-5.5

高在5-15毫米

我们在整个催化氧化过程中

有部分物质

是对整个催化剂有所影响的

首先看一下我们的砷

砷的毒性主要体现在

第一钒化剂

能够吸附三氧化二砷

吸附之后发生

堵塞催化剂的现象

降低催化剂表面的

活性中心

第二就是在500度以上

五氧化二钒与三氧化二砷

生成一种易挥发性物质

导致钒催化剂的损失

对于杂质硒

它会使生酸颜色变色

并在低温的时候

对钒催化剂有毒

但加热到400到500摄氏度的时候

可以复原

杂质氟化氢

能与二氧化硅生成四氟化硅

破坏载体

使催化剂粉碎

氟还能与钒反生成氟化钒

其沸点低在112摄氏度左右

也要造成钒损失

酸雾会腐蚀我们的钢设备

腐蚀的粉尘落在催化剂表面上

会使活性降低

同时积累到硫酸亚铁

可能使催化剂结块

让我们看一下二氧化硫

催化氧化的工艺条件

首先是选取适宜的温度

与前面我们所介绍的合成氨中

中压变换

和合成反应的讨论一样

放热反应都存在一个最佳温度问题

最佳温度公式与前面形式是一样的

只要有平衡常数求出平衡温度

就可以求得最佳温度

反应速率与反应的关系可以由下图所示

图中不同曲线

为平衡转化率的曲线

平衡温度可以由下式来进行计算

下面我们看一下二氧化硫的起始浓度

从前面式子可以看出

随着二氧化硫的增加

其反应的转化率是降低的

达到一定的转化律所需要的催化剂重量

也随之增加

反之

随着二氧化硫的含量减少

那么我们的转化率是增加的

但是设备其它条件不变的时候

生产能力有所下降

所以两方面考虑这两个因素

我们二氧化硫的浓度

和转化率都要适当

综合关系

如右图所示

我们可以选择一个最优的

一个工艺条件

综合考虑之后

二氧化硫最佳浓度

控制在7%左右比较合适

其他条件变化时

一般有以下几个结果

以硫磺为原料的时候

我们控制二氧化硫的浓度

在8.5%左右

有所提升

已含煤硫铁矿为原料的时候

我们二氧化硫的浓度要控在7%以下

以一般硫铁矿为原料的时候

但工艺采用两转两吸的方式

则可将二氧化硫

浓度提高到9%-10%

使其转换率可以高达90.5%

你们下面介绍一下二氧化硫

催化氧化的工艺流程

及相关的设备

反应过程中是一个放热反应

随着反应温度的升高

我们的反应的推动力

是有所下降吧

所以在设备考虑时候

我们要考虑

换热的方式

一般分可以分为

段间换热式转化器

和中间冷却是两种方式

对段间换热方式来讲

反应催化

床层分为三到五段

段间换热主要有

间接换热方式

和冷激式两种

间接换热又分为内部间接换热

和外部间接换热

下面分析一下

内部间接换热的优点

是使整个转发器结构非常紧凑

它的换热器就放在

整个反应器的中间

由于它结构紧凑

所以它的阻力小热损失小

但是它有缺点

是我们的转换器的结构比较复杂

体积变大

维修不便

而对于外部换热这种方式

它的缺点是

连接管线比较长

阻力大

热损失大

但它的优点是

转化器的结构内部是非常简单的

为了尽量接近最佳的温度操作

转化器通常为多段式

每段可以看成是一个绝热反应

转化器内温度

可以由右图所示

各段温度与转化率的关系

可由热力学原理通过热力平衡

和反应平衡进行计算

我们看一下这个图

随着反应的进行

由于是一个放热反应

其物料的温度是上升的

所以上升的过程中

与平衡曲线的距离越来越近

也导致了我们的

转化率的推动力有所减小

当与平衡转率

距离比较小的时候

我们采用段间进行

冷却方式进行冷却

使我们的

合成气体对应的温度降低

从而扩大它与

反应平行线之间的距离

也就是扩大我们的推动力

经过几级

段间的间接换热的方式

那么最终可以达到

较高的转化率

另外一种是激冷式

采用激冷式的方式

可以省去换热器

理论上没有热量损失

但催化剂用量

要比间接式要多一些

所以实际一般情况下

只在一二段之间采用我们的冷激式

之后才能间接换热

这样可以兼顾两者的优点

来作为我们设备结构的设计

冷机时方式的炉气

可以采用二氧化硫炉气的冷激方式

和空气冷激方式两种

它们的反应温度

转化率

变化的趋势

如下图所示

我们可以

从图中可以看出

它们两个不一样的地方

采用冷激式的方式

如果是二氧化硫冷激

在冷激加入二氧化硫之后

我们的转化率是一个下降的趋势

而采用氧气冷激的方式

我们二氧化硫的转化率是水平线的

这是为什么呢

由于冷激式加入的二氧化硫

是你本来反应的原料

在加入过程中

使气体中二氧化硫总含量增加

而转化的部分是没有变化的

所以再加入二氧化硫

进行冷激式的方式的时候

我们硫转化率是有所下降了

这个地方它们两个是有所区别的

但是氧气作为冷激的时候

它也有缺点

它相当于降低了

二氧化硫的整体的含量

对于我们相关的流程

有一种方式叫做一次转化流程

一次转化的典型流程为

一段炉气冷激

四段换热转化流程

冷激只用于一到二段之间

二到三 三到四段间时间

我们采用的外部换着方式

这个地方是因为

前面反应为主体

所放出热量比较多

需要较大的换热面积

所以我们采用外部换热方式

在四五段的时候

我们采用内部换热方式

内部换热器

是因为在第四段

到反应最后的时候

反应量比较小

所以移走的热量比较少

那么换热器的面积

可以比较小一点

从而

不致使转化器内部结构

太复杂

其流程如下图所示

另外一种比较好的流程

是两次转化两次吸收流程

两次流程主要有2+2和3+1型

2+2是经两段转化后一次吸收

再经2段转化后二次吸收

3+1的是先经3段转化中间吸收

再经1段转化后二次吸收

3+1的流程特点是

第一 反应速度快

最终的转化率比较高

二可以用二氧化硫浓度较高的炉气

三 减轻尾气污染

和尾气处理负荷

但是它有缺点

缺点体现在

一次吸收后需要

再加热到420度左右时候

才能进行转化反应

因为在转化反应的过程中

必须要达到催化剂的活性反应温度

整个动力消耗是增加的

其典型流程图如下所示

整个两段吸收两段转化

最大优点是在反应过程中

它可以有效地移除

反应生成的三氧化硫的含量

从而使反应重新建立平衡

最终适用于高浓度的

二氧化硫的转化的条件

同时其转化率

能得到有效的提升

好各位同学

本知识点

二氧化硫的催化氧化过程

就介绍到这里

谢谢大家