化工生产技术课件4.4.ppt

1、第四节 二氧化硫的催化氧化,二氧化硫氧化为三氧化硫的反应是在催化剂存在下进行。 SO2+1/2O2=SO3 H=-96.25KJ/moL 是一个可逆、放热及体积缩小的反应。,一、二氧化硫催化氧化的基本原理,二、工艺操作条件,（1）反应温度 反应物起始组成一定时，不同转化率对应不同的最适宜温度。,表4-1 在钒催化剂上SO2氧化的最适宜温度（原始气体成分二氧化硫7%、氧11%，压力101.3kPa）,温度越高，反应速率越快，转化率越低。 A-A是不同转化率时最适宜温度连线。 使用钒催化剂时反应温度应在420-580的范围。,问题： 1、反应前期转化率很小，最适宜温度很高；已超过催化剂允许使用的温

2、度范围，应如何确定温度？ 2、随着反应的进行，转化率不断提高，反应热不断放出，而最适宜温度却要求不断降低，应如何处理？,在催化剂的活性温度范围内操作。 最适宜温度的确定必须考虑催化剂的活性温度，如果计算值超出了催化剂的活性温度范围，应以催化剂的活性温度来确定操作温度。 尽可能接近最适宜温度进行反应。 采用分段操作，使反应过程与换热过程分开进行，各段在绝热情况下进行反应，段间进行冷却，即绝热反应与换热过程依次交替进行，使反应在整体上接近最适宜温度。,工业转化器温度要求及控制方法,（2）反应压力 增加压力，会使平衡转化率升高；但常压下平衡转化率已经较高，通常达到9598，所以工业生产中不需要采用高

3、压。 （3）催化剂 生产中普遍采用钒催化剂。活性组分是五氧化二钒，以碱金属(钾、钠)的化合物作助催化剂，以硅胶、硅藻土、硅酸盐作载体。钒催化剂一般含V2O5 5%-9%、氧化钾9%-13%、氧化钠1%-5%、二氧化硅50-70%，有少量氧化铁、氧化钙等。 引起钒催化剂中毒的主要毒物有砷、硒、氟、酸雾及矿尘等,（4）二氧化硫的起始浓度 二氧化硫起始含量越小或氧的起始含量越大，转化率越大。 增加炉气中SO2的浓度，就相应降低了炉气中氧的浓度。这种情况下，为达到一定的最终转化率所需要的催化剂量也随之增加。因此从减少催化剂用量来看，采用低二氧化硫浓度是有利的。 降低炉气中的SO2浓度，将使生产每吨硫酸

4、所需要处理的炉气量增大，这样，在其他条件一定时，就要求增大其它设备的尺寸，或使系统中各个设备的生产能力降低，从而使设备的投资和折旧费用增加。,工业生产上是根据硫酸生产总费用最低的原则来确定二氧化硫的起始浓度的。 若采用普通硫铁矿石原料，对一转一吸流程，当转化率为97.5%时，SO2含量为77.5最适宜。 以硫铁矿为原料的两转两吸流程，SO2最佳含量可提高到9.010,最终转化率仍能达到99.5。,（5）最终转化率 提高最终转化率可减少尾气SO2的含量，减轻环境污染，提高硫的利用率；但会增加催化剂用量和流体阻力。 最终转化率的最佳值与工艺流程、设备和操作条件有关。一次转化一次吸收流程，在尾气不回

5、收的情况下，最终转化率通常为97.5一98。 两次转化两次吸收流程的最终转化率在99.5以上。,三、主要设备-转化器,SO2的催化氧化是在多段绝热式转化器中进行的，使绝热反应与换热过程交替进行。按照中间冷却方式的不同，转化器分为间接换热式和冷激换热式两类。 （1）间接换热式 反应后的热气体与未反应的冷气体进行间接接触，达到使反应后气体降温的目的。 换热器设在转化器内的称为内部间接换热式，换热器设在外部的称为外部间接换热式。,（2）冷激式 与间接换热式转化器相同，反应过程在绝热条件下进行。冷激式采用冷气体与反应物直接混合，降低混合气体温度。根据冷激所用气体的不同，分为炉气冷激和空气冷激。,表4.

6、4.3 四段中间间接换热式转化器各段最佳条件,注：xe转化率，分率；Ti起始浓度，；Te末尾浓度，；接触时间，s,炉气冷激式 转化器段间补充冷炉气，以降低上一段反应后的气体温度。补充的冷炉气使反应后的SO2含量增高，SO2的转化率降低，要得到较高的最终转化率，所需的催化剂用量则要大大增加。因此，通常多段冷激式转化器只在一、二段间采用炉气冷激。 炉气冷激式转化器节省换热面积，调节温度方便，催化剂用量比多段间接换热式略多。,空气冷激式 在段间加入干燥的冷空气，以降低反应后气体温度，有利于提高转化率。为避免转化后气体混合物的处理量过大，进入转化器的气体混合物SO2的原始含量应高些。,“两转两吸”工艺SO2最终转化率能达99以上。 “两转两吸”的基本流程是： 二氧化硫炉气在转化器中经过三段转化后，送第一吸收塔