1. Основная часть

1.1 Режим окисления s02 в s03 на ванадиевом катализаторе

Ванадиевая контактная масса представляет собой пористую основу, на ко­торую нанесено активное комплексное соединение, содержащее пентоксид ва­надия. Точные данные о составе веществ, образующихся в ванадиевой контакт­ной массе, отсутствуют. Не установлен полностью также механизм окисления S0₂ на этом катализаторе. Существует несколько теорий этого сложного про­цесса. Рассмотрим одну из них, разработанную на основе результатов много­численных исследований плавкости соединении, составляющих ванадиевую кон­тактную массу, рентгеноструктурного анализа этих соединений и определения активности контактных масс различного состава. Согласно этой теории, актив­ным комплексом в ванадиевой контактной массе является соединение оксида с пиросульфатом калия V₂O₅·K₂S₂O₇, которое при температуре процесса (вы­ше 380°С) находится в виде расплава на поверхности пористого носителя. Диоксид серы и кислород, сорбируемые поверхностью катализатора и раство­ренные расплаве, взаимодействуют с пентоксидом ванадия

V₂O₅+ S0₂=V₂O₄+S0₃ (1-3)

V₂O₄+ ½0₂ = V₂O₅ (1-4)

При низкой температуре и большом содержании S0₂ в газовой смеси (в начальной стадии контактного процесса) образуется малоактивное соедине­ние — сульфат ванадила

V₂0₅+S0₃ + S0₂ = 2VOSO₄ (1-5)

Вследствие этого скорость окисления S0₂ понижается .[увеличивается зна­чение Е в уравнении скорости реакции (1-2)]. В конечной стадии контактного процесса количество S0₂ в газовой смеси невелико, реакция (1-3) замедляет­ся и константа скорости реакции k сохраняет достаточно высокое значение да­же при температуре ниже 440 °С.

Согласно другой теории, восстановление V₂0₅ до более низкой степени окисления с образованием некоторых промежуточных соединений и окисление низших оксидов ванадия до V₂0₅ при повышенной температуре происходят в тонком поверхностном слое катализатора без образования новой фазы во всей его массе. При пониженной температуре и наличии больших количеств S0₂ в газовой фазе образование низших оксидов ванадия в виде промежуточных соединений протекает во всей массе катализатора с получением новой, менее активной фазы.

С течением времени активность ванадиевой контактной массы снижается (вследствие засорения пор, взаимодействия ванадия с компонентами газовой смеси и др.), поэтому для достижения максимальной степени превращения по мере протекания процесса постепенно повышают температуру газа на входе во все слои контактной массы.

В 2010 году исполнится 45 лет с начала производства катализатора марки СВД на ванадиевой основе. Качество катализаторов марок СВД изучено и имеет высокие оценки, сделанные как потребителями, так и ведущими научными центрами.

Сравнительные испытания и опыт эксплуатации показали, что по техническим характеристикам, таким, как термостабильность, активность, температура зажигания, прочность, по срокам эксплуатации катализаторы марок СВД имеют высокие показатели на уровне, соответствующем уровню качества катализатора ведущих мировых производителей. Катализаторные заводы производят насыщенные катализаторы марок СВД для всех видов производств серной кислоты, по условиям эксплуатации катализаторы марок СВД рекомендованы для применения на всех полках контактных аппаратов, как с одинарным, так и с двойным контактированием.

Диапазон применения катализаторов по концентрации сернистого газа от 7,5 до 12% объемных, по содержанию 0₂/ S0₂ не менее 0,6, по содержанию влаги в газах без ограничений. Стабильность свойств катализаторов марок СВД при эксплуатации в жестких условиях предопределена природой и специфической технологией получения комбинированного носителя из диатомитов, для которого характерно сохранение твердого высокопрочного каркаса.

Итоги развития производства ванадиевых катализаторов:

1. Рабочие свойства катализаторов оптимизированы для различных условий эксплуатации и не уступают зарубежным образцам.

2. Выпускаемые марки и модификации обеспечивают эффективную комплектацию катализаторами любой имеющейся в России контактной системы по производству серной кислоты:

   • Из серы с концентрацией от 7,5 до 12% объемных;

   • Из газов обжига цинковых концентратов и отходящих газов цветной металлургии;

   • Мокрый катализ.

1. Катализаторы марок СВД и соответствующие зарубежные аналоги имеют общие химические составы, носители, идентичны по термостабительности, температурам зажигания.

2. Прочностные характеристики имеют равные и более высокие показатели, чем у зарубежных катализаторов.

3. Опыт потребителей показал, что катализаторы марок СВД могут надежно работать в условиях 1 слоя- до 5 лет, в нижних слоях- до 8-10 лет.

4. Правильный подбор марок ванадиевых катализаторов обеспечивает высокие конечные конверсии: при одинарном контактировании- 98,0-99,5%, для систем двойного контактирования (ДК)-двойной абсорбции (ДА) – 99,6-99,9%

5. Организован и работает инженерный центр, занимающийся разработкой и совершенствованием технологии производства и улучшением потребительских свойств катализаторов.

Самого пристального внимания заслуживает опыт работы нового ванадиевого катализатора марки СВС в интенсивных режимах переработки газа с концентрацией 10-12%, которые, без сомнения, являются перспективными.

В России эти режимы реализованы в системах ДК/ДА на 3-х площадках: на Череповецком «Аммофосе», Воскресенских и Балаковских «Минудобрений».

Система СК-20 на Балаковских «Минудобрениях», в которой 2-я ступень и третий слой 1-й ступени загружены СВС (~ 60% от общего объема загрузки аппарата), а первый и второй слои- катализатором фирмы BASF, имеет те же показатели, что и Воскресенская СК-41, загруженная полностью BASF.

Таким образом, возможность и эффективность использования СВС в интенсивных системах с высокой удельной производительностью энергетического пара к настоящему времени уже окончательно определена- пока для нижних слоев контактных аппаратов.

При таких результатах было бы последовательным и целесообразным увеличивать долю СВС в интенсивных системах вплоть до полной загрузки.

Сернокислотные ванадиевые катализаторы предназначены для длительного использования, поэтому их экономичность определяется не только ценой. Важнейшей составляющей их экономичности является срок службы.

Срок службы СВС в 3,4 и 5 слоях без снижения показателей работы контактного аппарата составляет 10-14 лет.

Это подтвердил более чем 20-летний опыт Череповецкого ОАО «Аммофос», где на всех 5-ти системах в 3 и 4 слое СВС работал 6-10 лет, а в5 слое- 10 лет. Это позволило снизить расходный коэффициент по катализатору с 0,140 до 0,085 кг/т моногидрата.

Существенно влияет на экономику предприятия пробег катализатора в первом слое без пересева, поскольку он определяет периодичность работы контактного аппарата без капремонта- т.е. без потерь выработки серной кислоты.

Производители серной кислоты в России и СНГ еще мало используют этим резервом повышения эффективности- типичный период между капремонтами составляет 1 год, когда как в западных странах пробеги 2-3 года обычная практика.