Выбор технологического режима. Температура.
Для получения высокого выхода оксида серы (VI) необходима температура 400-425оС. Однако скорость процесса при этой температуре мала длже при наличии катализатора. Выбор температурного режима, обеспечивающего высокую скорость экзотермической обратимой реакции, довольно сложен, т.к. изменение температуры противоположным образом влияет на величину равновесного выхода продукта и скорость процесса (рас. 2.3.2)
Если вести провес при постоянной температуре 600 оС, то реакция идёт быстрее, но, в соответствии с состоянием равновесия заканчивается при достижении значительно меньшей степени превращения, чем при 400 оС. Для обеспечения и высокой интенсивности процесса и высокого выхода необходимо проводить окисление оксида серы (VI) при меняющемся температурном режиме.
На рис. 2.3.2 приведён график зависимости равновесного и практического выхода от температуры при различных временах контактирования. С увеличением времени контактирования максимум на кривых смещается в сторону более низких температур. Кривую, соединяющую максимумы на различных кривых, называют линией оптимальных температур (ЛОТ). При проведении процесса по линии оптимальных температур окисление окисда серы (VI) протекает с максимально возможными скоростями в каждый момент. Понижение температуры к концу процесса с 600 до 400 оС позволяет получить высокий выход продукта при достаточной производительности процесса. Схема организации этого процесса приведена на рис. 2.3.4.
Соотношение исходных компонентов.
Состав исходной газовой смеси также влияет на величину равновесного выхода и скорость окисления (таблица 2). Процесс ведут с избытком кислорода относительно стехиометрического. При этом возрастает скорость процесса и увеличивается и увеличивается равновесный выход продукта.
Таблица 2 – Зависимость равновесного выхода от состава исходной газовой смеси.
Обычно газ, поступающий в реакционный аппарат с фультрующими слоями катализатора, после обжига колчедана содержит 7% SO2, 11% O2 и 82 % N2. При таком соотношении кислорода и оксида серы окисление последнего протекает достаточно полно и автотермично за счёт тепла, выделяющегося в ходе окисления, что облегчает создание оптимального температурного режима в первом слое катализатора. При более высокой концентрации оксида серы (8-8,5%) перегрев катализатора может вывести его из строя. Дальнейшее увеличение отношения кислорода к оксиду серы путём разбавления газа воздухом при незначительном увеличении выхода приводит к снижении концентрации оксида серы в газе и увеличению объёма поступающего на контактирование газа.
Объёмное соотношение кислорода к оксиду серы может быть увеличено путём 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 давлелния различна. При низких температурах, когда равновесные степени превращения оксида серы (VI) высокие, давление незначительно сказывается на смещении равновесия (таблица 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 объёмы перерабатываемых газов и, следовательно, размеры аппаратов, увеличивается степень превращения и улучшается кинетика процесса, снижается металлоёмкость и сокращаются производственные площади, появляется возможность концентрирования энергии и её утилизации. Всё это имеет большое значение для агрегатов большой единичной мощности.
Но применение повышенного давления ведёт к усложнению аппаратуры, более высоким энергетическим затратам. Поэтому выбор давления определяется оптимзацией на основе экономических критерием эффективности процесса.