От состава исходной газовой смеси

 

Состав газа, % объемн.	Объемное отношение O 2: SO2	Равновесный выход η * (при475°С и 0, 1 МП а)
О2	SO2
16, 7 13, 9 11, 0 8, 15 5, 5	3, 0 5, 0 7, 0 9, 0 11, 0	5, 57 2, 78 1, 57 0, 9 0, 5	97, 16 96, 75 96, 07 94, 61 92, 20

 

 

 

Рис. 2.3.1. Влияние температуры на скорость реакции окисления оксида серы (IV) при постоянном времени контактирования

 

 

 

Рис.2.3.2. Изменение степени превращения оксида серы (IV) при различных температурных режимах: 1- 600°С, 2 – 450°С, 3 – 600-400°С

 

Рис.2.3.3. Зависимость выхода продукта η от температуры при различном времени контактирования.

 

Обычно газ, поступающий в реакционный аппарат с фильтрующими слоями катализатора, после обжига колчедана содержит 7% SO₂, 11% О₂ и 82% N₂. При таком соотношении О₂ и SO₂ окисление оксида серы (IV) протекает достаточно полно и автотермично за счет тепла, выделяющегося в ходе окисления, что облегчает создание оптимального температурного режима в первом слое катализатора; при более высокой концентрации SO₂ (8-8.5%) перегрев катализатора может вывести его из строя. Дальнейшее увеличение отношения О₂к SO₂ путем разбавления газа воздухом при незначительном увеличении выхода приводит к снижению концентрации SO₂ в газе и к увеличению объема поступающего на контактирование газа.

Объемное отношение О₂ к SO₂ может быть увеличено путем разбавления поступающего из обжиговых печей газа воздухом, обогащенным кислородом. Это значительно интенсифицирует процесс, но удорожает и усложняет его.

Давление. В зависимости от выбранной температуры эффективность воздействия давления различна. При низких температурах, когда равновесные степени превращения оксида серы (IV) высокие, давление незначительно сказывается на смещении равновесия, (табл.2.3.3). При высоких температурах, когда окисление происходит далеко не полностью, давление может стать одним из решающих факторов, обеспечивающих высокую степень превращения.

При применении повышенного давления уменьшаются объемы перерабатываемых газов и, следовательно, размеры аппаратов; увеличивается степень превращения и улучшается кинетика процесса; снижается металлоемкость и сокращаются производственные площади; появляется возможность концентрирования энергии и ее утилизации. Все это имеет большое значение для агрегатов большой единичной мощности.

Но применение повышенного давления ведет к усложнению аппаратуры, более высоким энергетическим затратам. Поэтому выбор давления определяется оптимизацией на основе экономических критериев эффективности процесса.

 

Организация проведения процесса по ЛОТ. Конструкция контактного аппарата должна обеспечивать возможность проведения каталитического окисления оксида серы (IV) в условиях оптимального технологического режима. В данном случае особенно важно обеспечить снижение температуры по высоте слоя в соответствии с линией оптимальных температур (рис.2.3.4).

 

 

Таблица 2.3.3.

Зависимость равновесного выхода от температуры при различном давлении

 

 

t, °C	Равновесный выход SO3 % при давлении (МПа)
0.1	0.5		2.5	5, 0	10, 0
400 500 600	99, 2 93, 8 73, 4	99.6 96, 9 85, 8	99, 7 97.9 89.5	99, 9 98, 6 93.3	99.9 99, 0 95, 0	99.9 99.3 96.4

 

Исходный газ, поступающий в контактный аппарат, нагревают до температуры, несколько превышающей температуру зажигания ванадиевого катализатора (400-440°С) и направляют в первый катализаторный слой. Процесс окисления проводится как в первом слое, так и в последующих, в адиабатическом режиме (без отвода тепла) - прямые 1, 3, 5, 7. При окислении SO₂ выделяется тепло, за счет которого повышается температура газовой смеси по линейной зависимости. Угол наклона прямой при этом зависит от концентрации SO₂, поскольку с увеличением концентрации SO₂ выделяется больше тепла и, следовательно, в большей степени повышается температура. В первом слое (прямая 1 ) процесс окисления ведут таким образом, чтобы температура газовой смеси на выходе не превышала предельную температуру активности катализатора. Затем, перед поступлением на второй и последующие слои катализатора, газовая смесь охлаждается в промежуточных теплообменниках - кривые 2, 4, 6. 8. Выход при этом остается постоянным. На рис. 2.3.4 видно, что при проведении процесса в неподвижном слое катализатора наблюдается значительное отклонение состояния системы от линии оптимальных температур, которое допускается в промышленности не более чем на 20%.

При проведении процесса в псевдоожиженном слое катализатора скорость теплоотдачи возрастает. Движение в кипящем слое не только потока газов, но и твердых частиц дополнительно способствует выравниванию температуры по всему слою. Это позволяет проводить реакцию в каждом слое при практически постоянной температуре, т.е. при более «правильном» температурном режиме, чем в случае неподвижного слоя. Соответственно и отклонения от линии оптимальных температур меньше.

Рис.2.3.4. Диаграмма t-η четырехступенчатого процесса контактирования с промежуточным теплообменом.

 

Газ, поступая из одного слоя в другой, быстро принимает температуру данного слоя. Избыточное тепло - тепло реакции и физическое тепло поступающего газа - отводится помещенными в слои катализатора теплообменниками. Однако, эти аппараты не нашли широкого применения из-за большого уноса катализатора и запыления газа.