13. Контактное окисление диоксида серы.

Окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI) (контактирование):

2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃ - Q

это обратимая, экзотермическая, каталитическая реакция, которая протекает с уменьшением объёма газа. В соответствии с принципом Ле-Шателье равновесие этой реакции можно сдвинуть в сторону образования оксида серы (VI) следующими способами:во-первых, увеличением содержания кислорода в обжиговом газе. Выход оксида серы (VI) возрастает с повышением концентрации кислорода, так как при этом равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции.

В связи с этим обжиговый газ после очистки разбавляют воздухом до достижения состава SO₂ – 7% O₂ – 11% N₂ - 82%

Во-вторых, увеличением давления. Однако в сернокислом производстве увеличение давления не применяют из-за невысокого содержания оксида серы (IV) и кислорода в обжиговом газе.

В-третьих, путём снижения температуры реакции. Было установлено, что для достижения наибольшего выхода оксида серы (VI) для обжигового газа с повышенным содержанием кислорода (7%) реакцию следует проводить при температуре 400ºС.

В-четвёртых, применением катализаторов. Мы с вами говорили ранее, что реакция окисления оксида серы (IV) до оксида серы (VI) протекает в присутствии катализатора.

В качестве катализатора (контактной массы) при окислении оксида серы (IV) применяются ванадиевые катализаторы. Помимо оксида ванадия V₂O₅, который сам по себе мало активен в состав применяемой контактной массы БАВ (барий-алюминий-ванадий) входят активаторы – сульфаты калия, бария и алюминия. Эти вещества находятся на поверхности пористого носителя – аморфного кремнезёма (SiO₂), обладающего сильно развитой поверхностью. Из массы формуют кусочки в виде гранул небольшого размера (5-12мм). Каталитическое действие оксида V₂O₅ сводится к следующему: при повышенных температурах он является сильным окислителем, так как легко отщепляет кислород.

1. Сернистый газ отсорбируется на его поверхности и окисляется до оксида серы (VI).

2. Оксид серы (VI) десорбируется с поверхности катализатора.

3. За счёт отдачи кислорода степень окисления ванадия понижается, и образуются низшие оксиды ванадия.

4. Затем низшие оксиды ванадия снова окисляются до оксида V₂O₅, который играет роль переносчика кислорода.

Химизм реакции имеет следующий вид:

V₂O₅ + SO₂ = V₂O₄ + SO₃

V₂O₄ + O₂ = V₂O₅

Скорость реакции. Мы с вами уже отмечали ранее, что для более полного превращения оксида серы (IV) в оксид серы (VI) окисление нужно проводить при возможно более низкой температуре. Однако снижение температуры реакции приводит к снижению скорости реакции.

!!! Это пример обычного противоречия у обратимых экзотермических реакций: между изменением равновесного выхода продукта, уменьшающегося с повышением температуры, и изменением скорости реакции, возрастающей с повышением температуры.Выход из этого противоречия был найден в проведении контактирования в несколько стадий, каждая из которых отвечает оптимальным условиям протекания процесса.