Выбор реактора для окисления диоксида серы
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
то один из наиболее изученных каталитических синтезов. В СССР наиболее основательные работы по изучению окисления S02 в SO3 и разработке катализаторов проведены Г.К. Боресковым.
1.2 Термодинамика окисления диоксида серы
Реакция окисления диоксида серы в триоксид
SO2 + O2 = 2SO3 + Q
обратима и степень окисления газа любого состава строго определяется температурой и парциальными давлениями компонентов реакции:
На основе данных по стандартным теплотам образования изменениям энтальпий компонентов относительно значений при 298,15К с помощью ЭВМ рассчитаны величины теплового эффекта и константы равновесия реакции окисления S02 в интервале 400-625 и 650С. Полученные уравнения имеют следующий вид:
Для технических расчетов может быть использовано предложенное нами уравнение:
1.3 Ванадиевые катализаторы для окисления диоксида серы
Окисление диоксида серы в настоящее время проводят гетерогенно на ванадиевых катализаторах, которые к концу 30-х годов полностью вытеснили платиновые.
В СССР почти одновременно было разработано три технологических процесса изготовления катализаторов, один из них, предложенный Г. К. Боресковым, был внедрен в промышленность. Этот катализатор (БАВ) до 1965 г. был единственным и его продолжали выпускать до конца 70-х годов. Недостатком катализатора было то, что он изготовлялся как полупродукт, превращавшийся в истинный катализатор при обработке низкоконцентрированным диоксидом серы, в процессе которой хлор замещался на сульфатную группу и выделялся в атмосферу. Эта операция (насыщение) проводится после загрузки катализатора в контактный аппарат.
Другой катализатор - СВД изготовляется путем смешения кремнеземистого носителя - диатомита с содержанием не более 3% Al2O3, тонко измолотого пятиоксида ванадия и раствора KHSO4, последующего гранулирования и прокаливания гранул.
Стремление повысить активность при низких температурах привело к разработке катализатора СВС и катализатора Института катализа -ИК-1-4. В отличие от катализатора СВД, эти катализаторы производятся с использованием в качестве носителя осажденного силикагеля при применении гидратированного пятиоксида ванадия по несколько отличающимся между собой технологическим схемам.
Применение этих катализаторов при концентрации газа 8-9% SO2 позволяет снизить температуру на входе в I слой катализатора до 405-410 С.
Для переработки газов повышенной концентрации ( 10-11% S02 ) был разработан катализатор ТС (термостабильный), более устойчивый к термической инактивации, чем СВД. Катализатор ТС отличается от СВД тем, что в качестве носителя используется модифицированный диатомит. Модифицирование осуществляется обработкой слабыми растворами солей переходных металлов IV периода или сульфата ванадия с последующим прокаливанием при температуре до 700 С в течение 2-3 ч. При этом происходит образование ситалоподобных структур, препятствующих превращению кремнезема в ?-кристаллобалит, который появляется при термической инактивации катализатора.
1.4 Механизм и кинетика окисления диоксида серы
Со второй половины 60-х годов в СССР проведены интенсивные исследования ванадиевых катализаторов. Изучены диаграммы состояния систем: V2O5-K2S2O7 и VOSO4, влияние толщины слоя активного компонента на степень его использования, исследованы механизм и кинетика окисления диоксида серы.
Представление о механизме реакции базируется на результатах исследования кинетики реакции стационарного состава активного компонента.
Схема процесса может быть сформулирована следующим образом:
В первой стадии достигается равновесие, а вторая стадия является медленной и определяет скорость процесса.
Предлагаемая схема является окислительно-восстановительной и соотношение между двумя ступенями окисления ванадия в условиях стационарного состояния катализатора определяет его активность.
Стационарный состав катализатора не зависит от концентрации кислорода в газовой фазе и определяется только соотношением концентраций S0 2 и S03. Установлено, что при обработке катализатора инертным газом в отсутствии кислорода наблюдается окисление четырехвалентной формы ванадия, содержание которой возрастает после подачи реакционной смеси до равновесного состояния. При справедливости рассмотренного механизма (А), скорость каталитической реакции должна равняться скорости окисления катализатора кислородом и быть меньше скорости восстановления. В действительности, в область температур выше 420 С скорость каталитической реакции много больше скорости восстановления катализатора. В связи с этим вероятен механизм, в котором процесс протекает по пути, не связанном с изменением валентного состояния ванадия.
Схему такого процесса можно представить в следующем виде:
В этом случае скорость каталитической реакции должна быть пропорциональна доле активного компонента в окисленной форме и по этому механизму каталитическая реакция протекает в присутствии триоксида серы в газовой фазе.
Скорости окисления четырехвалентного ванадия кислородом и каталитической реакции в отсутствии триоксида серы близки и при малых степенях превращения процесс протекает по окислительно-восстановительному механизму, который может быть представлен схемой:
Стадия 1 в условиях протекания катали?/p>