4.3. Влияние давления.

Зависимость равновесной степени окисления SО₂ в SО₃ от давления отражена на графике (Рис.23).

Рис. 23. Зависимость равновесной степени окисления SО₂ в SО₃ от давления

Из графика можно сделать следующие выводы:

– кривая имеет затухающий характер;

– сильно повышать давление нецелесообразно.

Зависимость равновесной степени окисления SО₂ в SО₃ от давления также представлена в таблице (состав газовой смеси: 7% SО₂; 11% О₂ и 82% N₂).

t, °C	Равновесная степень превращения SO2 → SO3 (Xp)
	1 ат.	10 ат.	50 ат.	100 ат.
400	99,2	99,72	99,88	99,92
450	97,5	99,2	99,6	99,7
500	93,5	97,8	99,0	99,3
600	73,7	89,5	95,0	96,4

Из приведённых данных видно, что:

– при низких температурах (например, 400°С) повышение давления сказывается на степени превращения незначительно,

– при высоких температурах (например, 600°С повышение давления значительно влияет на степень превращения), что расширяет температурный диапазон, при котором можно достигнуть высокой степени превращения.

Небольшое увеличение степени окисления с повышением давления не компенсирует затрат, связанных с удорожанием аппаратуры и коммуникаций и увеличением энергии на сжатие газа.

Окончательный ВЫВОД. Повышать давление на стадии контактирования нецелесообразно.

4.4. Катализаторы

Выше были обоснованы условия, при которых достигается максимальная степень превращения SО₂ в SО₃. Но даже при таких благоприятных условиях ведения процесса скорость реакции не достаточна для проведения процесса в промышленных условиях.

Для ускорения реакции используются катализаторы. Окисление SО₂ в SО₃ является гетерогенной каталитической реакцией. Независимо от свойств катализатора реакция протекает в несколько последовательных стадий:

– диффузия газа к поверхности катализатора

– активированная адсорбция кислорода из газа поверхностью катализатора (при этом связь между атомами адсорбированного кислорода нарушается)

– связывание молекул. SО₂ с атомами О на поверхности катализатора с образованием комплекса (SО₂·О·Кат-р).

– перегруппировка, приводящая к образованию на поверхности катализатора групп SО₃

SО₂·О·Кат-р → SО₃ + Кат-р

– десорбция образовавшихся молекул SО₃ с поверхности катализатора в газовый объём

– обратная диффузия.

Ранее на всех заводах сернокислотной промышленности в качестве катализатора применялась тонко измельчённая платина, нанесенная на пористые инертные материалы или «носители» (волокнистый асбест, сернокислый магний, гель кремниевой кислоты). Иногда в качестве катализатора применяли оксид железа.

В настоящее время все заводы работают на ванадиевых катализаторах (работы Г.К.Борескова).

Платина является наиболее активным катализатором, на ней реакция идёт уже при 400°С.

В присутствии оксида железа реакция протекает достаточно быстро только при температуре более 600°С.

Ванадиевые катализаторы по активности несколько уступают платиновым, но более дешевы и менее чувствительны к действию примесей газовой смеси (каталитическим ядам).

Чистый пентаоксид ванадия V₂O₅ обладает невысокой каталитической активностью по отношению к окислению SО₂ в SО₃. Активные ванадиевые катализаторы всегда содержат наряду с V₂O₅ и другие соединения – это, к примеру, сульфованадаты щелочных металлов (K₂O·V₂O₅·SO₃). Каталитически активное соединение наносят на поверхность диоксида кремния SiO₂.

В промышленности применяют следующие типы ванадиевых катализаторов:

БАВ – бариево-алюмованодиевый катализатор.

СВД – сульфо-ванадиевый на доломите.

СВС – сульфованадат на селикагеле.

СВНТ – сульфованадат низкотемпературный.

В соответствии с ГОСТ каталитическая активность массы БАВ в стандартных условиях (температура 485°С и объёмная скорость 4000ч^–1) должна обеспечить степень превращения не менее 86%.

Высокими показателями обладают новые отечественные катализаторы ИК-1, ИК-2, ИК-3, ИК-4 (институт катализа).

Наиболее вредным ядом для ванадиевых катализаторов являются соединения мышьяка в газовой смеси. В присутствии As₂O₃ и AsH₃ в газовой смеси при температуре выше 550°С образуется летучее соединение V₂O_5·As₂O₅, что приводит к снижению каталитической активности.

Влага не влияет на активность БАВ при температурах, пре­вышающих температуру конденсации серной кислоты. При более низких температурах образуется серная кислота, вызывающая разрушение контактной массы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

Окисление SO₂ в SO₃ необходимо вести при следующих условиях:

– начинать процесс при температуре около 450°С,

– вести его далее при понижении температуры,

– высокие давления нецелесообразны,

– соотношение компонентов 7% SO₂ : 11% O₂ (об.)

– присутствие катализатора.