3. Методы каталитического окисления диоксида серы

Методы каталитического окисления основаны на способности сернистого ангидрида окисляться в серный, который легко взаимодей- ствует с водой, образуя серную кислоту. Процесс окисления SО₂ явля- ется рациональным, так как не требует большого количества реагентов, а в результате получается серная кислота.

Методы каталитического окисления SО₂ по способу проведения процесса можно разделить на две группы. В методах первой группы используется взаимодействие SО₂ с кислородом воздуха в водных рас- творах в присутствии ионов металлов, в методах второй - окисление SО₂ на ванадиевом катализаторе.

1. Методы окисления sо2 в растворах

При растворении SО₂ в воде в присутствии кислорода частично образуется серная кислота, а в присутствии оснований - соответст- вующие сернокислые соли. Эти реакции стимулируются катализатора- ми. Значительным каталитическим действием обладают ионы меди, железа, марганца и др. Активность катализатора процесса окисления

2-

иона SO₃ зависит от рН cреды. В частности, при рН=7,5 ряд активно-

сти выглядит так: CoFeCuNiMn; при рН=9,9 СoCuNiMnFe.

Вопрос о влиянии рН среды на скорость окисления иона SO₃ име- ет большое практическое значение, поскольку уменьшение скорости процесса с понижением рН является основным препятствием для полу- чения высококонцентрированной серной кислоты каталитическим спо- собом.

Рядом исследований обнаружено, что ионы железа и марганца яв- ляются активными катализаторами окисления SО₂ в водных растворах и при низких рН. Это позволило разработать процесс получения сер- ной кислоты из отходящих дымовых газов с низким содержанием SО₂. Обнаружено, что совместное присутствие ионов железа и марганца в растворе приводит к резкому увеличению скорости окисления. В каче-

2-

стве веществ, инициирующих процессы окисления иона SO₃ исполь-

зуют также озонированный воздух и окислы азота.

При работе опытной и промышленных установок на дымовых га- зах подтвердилось, что пиролюзит хорошо адсорбирует и окисляет ор- ганические примеси. Процесс окисления развивается тем активнее, чем более развита поверхность соприкосновения пиролюзита с раствором, в который переходят ионы марганца. В таких случаях целесообразно применять барботажные аппараты.

Принципиальная схема очистки газа от SО₂ по данному методу приведена на рис. 9.17.

Газ очищался в батарейных циклонах и электрофильтре, а затем поступал в промывную башню 1, заполненную насадкой из керамиче- ских колец. При промывке газа образовывалась сернистая кислота, ко- торая постепенно окислялась в серную, поэтому вся система выполне- на из кислотоупорных материалов. Жидкость, орошающая башню, мо- жет содержать золу, концентрация которой в кислоте не должна пре- вышать 20 %. При увеличении этой концентрации часть жидкости вы- водится в нейтрализатор 6. Очищенный газ из промывной башни по- ступает в барботажный аппарат 2, где очищается от SО₂ с образовани- ем серной кислоты.

В последний по ходу газов аппарат непрерывно поступает свежая вода с суспензией пиролюзита из емкости 4, а из первого вытекает сер- ная кислота концентрацией 30 % в емкость 5.

Основным недостатком способа является получение разбавленной серной кислоты.

Рис. 9.17. Схема каталитического окисления диоксида серы

1 - промывная башня; 2 - барботажный аппарат; 3 - циклон; 4 - емкость пиро- люзита; 5 - емкость серной кислоты; 6 - нейтрализатор

Кроме пиролюзита в качестве промотора окисления использовал- ся озон, который значительно понижает тормозящее влияние серной кислоты на скорость процесса улавливания, а также парализует вред- ное действие ингибирующих примесей.

По схеме озоно - каталитического метода предусматривается тон- кая очистка газа от SО₂ с одновременным разрушением озона на выхо- де из установки. Катализатор процесса - двухвалентный марганец, промотор - озон (тысячные доли процента). Озоно - каталитический метод позволяет получить 70-80 % кислоту.