硫酸催化氧化案例分析.ppt

* * * 第七章 第四节 二氧化硫的催化氧化 第四组 组长：张晶 组员：王勇 明娟 陈宇欣 杨代旭 周成龙 王著 李先 邓裕璋 第四节 二氧化硫的催化氧化 一、二氧化硫的催化氧化的基本原理 二、二氧化硫氧化的工艺条件 三、二氧化硫催化氧化的工艺流程 四、二氧化硫转化器 五、转化器异常现象的分析 一、二氧化硫催化氧化的基本原理 LOREM 1、二氧化硫催化氧化反应的化学平衡 LOREM 2、二氧化硫氧化的反应速率 LOREM 3、二氧化硫氧化催化剂 1、二氧化硫催化氧化反应的化学平衡 二氧化硫氧化为三氧化硫： SO2＋1/2O2＝SO3 △H298＝—96.24KJ/mol 其平衡表达式为： LOREM 此反应是可逆放热、体积缩小的反应。同时，这个反应，只有在催化剂的存在下，才能实现工业生产。 式中p*(SO2)、p*(O2)、p*(SO3)—SO2、O2及SO3的平衡分压） 式中ＸT — 反应的平衡转化率。由此得出： Lorem ipsum dolor sit amet 若以 分别表示混合气体中SO2，O2的初始体积或摩尔分数， 表示系统总压力（MPa）。当100体积的混合气反应达到平衡时，被氧化的SO2体积为 ，所消耗的氧体积为 ；O2的剩余体积量为 ，平衡时气体混合物的总体积为 ，故氧气的平衡分压可表示为： 平衡常数Kp随着温度降低而增大。平衡转化率则反映在某一温度下，反应可以进行的极限程度。 当混合气体中a为7.5%，b为10.5%时，平衡转化率与温度、压力的关系如下表： 当温度不变时，随着压力的升高，平衡转化率逐渐升高；当压力不变时，随着压力的升高，平衡转化率逐渐降低。 将 (7-15)带入式 (7-14)得： 当压力、炉气的起始组成一定时，降低温度，平衡转化率增加。 （1）温度 其他条件不变时，压力升高，平衡转化率也会增大，但影响效果没有温度明显 （2）压力 在常压下平衡转化率与起始组成、温度的关系： 温度、压力一定时，焙烧同样的含硫原料，因所采用的空气过剩系数不同。气体的起始组成中，a越大或b越大，平衡转化率越大，反之也成立。 （3）炉气的组成 2、二氧化硫氧化的反应速率 气固相催化反应 转化率越低，最适温度越高。对应一定的起始组成，反应刚开始时，其最适温度最高，随着反应的进行，其最适温度越来越低 扩散过程也会影响反应速率 炉气的起始浓度对速率也有影响，SO2其实浓度增大，氧的起始浓度则相应降低，反应速率会减慢。为保证一定的反应速率，SO2起始浓度不宜过高。 由于该反应是放热可逆过程，对于不同的转化率，有不同的最适温度。 3、二氧化硫氧化催化剂 目前生产中，普遍采用钒催化剂。 钒催化剂的活性组分是五氧化二钒。 引起钒催化剂中毒的主要毒物有砷、氟、酸雾及矿尘。 扩散的影响又分为外扩散的影响和内扩散的影响。 外扩散主要由气流速度所决定； 内扩散主要取决于催化剂内表面结构。 1. 反应温度 1 2 二氧化硫的起始温度 3. 最终转化率 3 二、二氧化硫氧化的工艺条件 2、二氧化硫的起始温度 （1）若增加炉气中SO2的浓度，就相应的降低了炉气中氧的浓度，这种情况下，反应速率会相应降低。为达到一定的最终转化率所需要的催化剂量也随之增加。 （2）从减少催化剂用量来看，采用低二氧化硫浓度是有利的。但是降低炉气中二氧化硫的浓度，将会使生成每吨硫酸所需要处理的炉气量增大，要增大其他设备的尺寸，或者使系统中各个设备的生成能力降低，从而使设备的折旧费用增加。 A 若采用普通硫铁矿为原料，对一转一吸流程，当转化率为97.5％时，SO2浓度为7％~7.5％最适宜。 B 若原料改变或具体生产条件改变时，最佳浓度值亦将改变。以硫铁矿为原料的“两转两吸”流程，SO2最佳浓度可提高到9.0％~10％，最终转化率仍能达到99.5％。 1、反应温度 最终转化率是硫酸生产的主要指标之一。提高最终转化率可以减少尾气SO2的含量，减轻环境污染，同时也可提高硫的利用率；但都导致催化剂用量和流体阻力的增加。所以最终转化率也有个最佳值问题。 最终转化率的最佳值与采用的工艺流程、设备和操作条件有关。一次转化、一次吸收流程，在尾气不回收的情况下，当最终转化率为97.5％时，硫酸的生产成本最低。如采用SO2回收装置，最终转化率可以取得低些。如采用两次转化两次吸收流程，最终转化率则应控制在99.