Понятие химического реактора (стр. 5 из 11)

В практических условиях получать печные газы (при сжигании колчедана) с большим содержанием кислорода, т. е. сильно разбавлять их избыточным воздухом, экономически невыгодно. Обычно в контактные аппараты направляют печные газы, содержащие 7—8%

. При таком содержании поступающие в контактный аппарат газы подогревают без затраты топлива лишь за счет тепла газов, выходящих из контактного аппарата.

Таблица 7 – Влияние состава смеси на реакцию

Процент в печных газах	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0	10,0
Процент в печных газах	18,1	16,7	15,3	13,9	12,4	11,0	9,8	8,1	6,7
Теоретический процент окисления в	97,1	97,0	96,8	96,5	96,2	95,8	95,2	94,3	92,3

В практических условиях получать печные газы (при сжигании колчедана) с большим содержанием кислорода, т. е. сильно разбавлять их избыточным воздухом, экономически невыгодно. Обычно в контактные аппараты направляют печные газы, содержащие 7—8%

. При таком содержании поступающие в контактный аппарат газы подогревают без затраты топлива лишь за счет тепла газов, выходящих из контактного аппарата.

3.2 Катализаторы для окисления

в

О каталитической активности некоторых окислов и металлической платины дают представление следующие данные таблицы 8.

Таблица 8 – Влияние катализаторов на реакцию

Катализатор	Fe2O3	Cr2O3	CuO	Mn2O3	WO2	V2O5	MoO3	Pt
Максимальное превращение в в %	69,5	81,0	58,7	22,0	62,5	90,0	47,0	99,5
Температура, отвечающая максимуму превращения в	625,0	580,0	700,0	700,0	670,0	512,0	700,0	425,0

Наиболее активным катализатором является платина, однако она вышла из употребления вследствие дороговизны и легкой отравляемости примесями обжигового газа, особенно мышьяком. Окись железа дешевая, но при обычном составе газа - 7% SO2 и 11% О2 она проявляет каталитическую активность только при температурах выше 625 ºС и поэтому применялась лишь для начального окисления SO2 [4]. Ванадиевый катализатор менее активен, чем платиновый, но дешевле и отравляется соединениями мышьяка в несколько тысяч раз меньше, чем платина; он оказался наиболее рациональным и только он применяется в производстве серной кислоты.

а — таблетки; б, в — гранулы; г — кольцеобразная масса; д — шарообразные гранулы для кипящего слоя

Рисунок 2 - Виды формования контактной массы

3.2.1 Виды ванадиевого катализатора

Ванадиевый катализатор готовят различного состава. Обычно его называют сокращенно начальными буквами элементов, соединения которых входят в его состав. У нас применяют катализаторы БАВ (барий, алюминий, ванадий) и СВД (сульфо-ванадато-диатомовый).

БАВ (барий, алюминий, ванадий) состава:

V₂О₅ (7 %) + К₂SО₄ + ВаSО₄ + Аl₂(SО₄)₃ + SiО₂ (кремнезем)

катализатор активатор носитель

СВД (сульфо–ванадато–диатомовый) состава:

V₂О₅ (7 %) + К₂S₂О₇ + диатомит + гипс

катализатор активатор носитель

Для приготовления бариевого алюмованадиевого катализатора (БАВ) смешивают при нагревании до 70°С щелочной раствор ванадата калия KVO₃ с раствором калийного силиката K₂O·nSiO2 (жидкое калиевое стекло). В полученную смесь медленно добавляют при непрерывном перемешивании солянокислый раствор треххлористого алюминия AlCl₃ и водного раствора хлористого бария BaCl₂. Выпадающий белый хлопьевидный осадок отфильтровывают на фильтр-прессе, затем отжимают на гидравлическом прессе до содержания в нем влаги 40—45%. Полученную влажную массу формуют в виде таблеток, гранул или колец. Заформованную массу сушат до содержания в ней влаги 15% в течение 30 ч, постепенно увеличивая температуру от 60 (в начале) до 115°С (в конце сушки). В сухой ванадиевой контактной массе БАВ содержится ванадия в пересчете на V2O5 7—8%. Насыпной вес гранулированного катализатора примерно 450—500 г/л.

Приготовленный катализатор обрабатывают (насыщают) сернистым газом. Этот процесс следует вести осторожно, так как он сопровождается значительным выделением тепла и возможен перегрев катализатора, что приводит к спеканию контактной массы и потери ею активности. Для устранения перегрева контактной массы насыщение ведут слабым сернистым газом, содержащим не более 0,5% SO2. При насыщении образуются сульфаты, выделяется хлор, катализатор приобретает желтоватую окраску, насыпной вес его возрастает до 600—650 г/л, а объем при этом несколько уменьшается. Катализатор насыщают сернистым газом чаще всего на заводах в контактных аппаратах.

Для приготовления ванадиевого катализатора СВД (сульфо-ванадато-диатомовый) исходными материалами служат диатомит— инфузорная земля, пятиокись ванадия, гипс и бисульфат калия. Их измельчают в шаровых мельницах, смешивают в смесителях с небольшим количеством воды до пастообразного состояния, затем массу формуют в виде гранул или колец. Заформованный катализатор подсушивают и прокаливают при 500— 700° С. При этом он теряет воду, а бисульфат калия KHS04 переходит в пиросульфат калия

(15)

который с

образует активный комплекс . Приготовленный катализатор не требует насыщения сернистым газом. Он обладает высокой механической прочностью. Гранулы ванадиевого катализатора СВД имеют светло-коричневый цвет, их средний диаметр 3,5 мм, насыпной вес 570 — 600 г/л. Катализатор СВД формуют также в виде колец с внешним диаметром 8—12 мм, внутренним диаметром 2,5—4,5 мм и высотой кольца 8—12 мм. [4]

При нагревании ванадиевого катализатора выше 650° С во время применения в контактном аппарате активность его сравнительно быстро снижается. Причины этого точно не установлены. По-видимому, при перегревании изменяется структура катализатора, уменьшаются его пористость и активная поверхность. Кроме того, при повышении температуры выше 650° С, возможно, происходит взаимодействие калия с кремнеземом носителя, в результате чего разрушается активный комплекс

и выделяется .

3.2.2 Отравление катализатора

Понижение активности катализатора при действии на него вредных примесей, содержащихся в печных газах, называют отравлением катализатора, а вещества, вызывающие его,— ядами. Отравление называют обратимым, или временным, если после обработки отравленного катализатора чистой газовой смесью (не содержащей ядов) он «оживает», т. е. восстанавливается его прежняя активность. Необратимым, или постоянным, называют отравление, после которого катализатор не восстанавливается.

Причиной отравления катализатора может быть: а) осаждение на его поверхности ядов и уменьшение его активной поверхности; б) взаимодействие ядов с катализатором и образование с ним каталитически неактивного продукта; в) адсорбция на поверхности катализатора ядов.

Отдельные примеси, содержащиеся в печных газах, по-разному влияют на ванадиевый катализатор. Пары воды при температуре выше конденсации серной кислоты не оказывают на него вредного действия. Поэтому в практике работы контактных систем получило некоторое применение каталитическое окисление

в присутствии паров воды, называемое мокрым катализом. Мокрый катализ применяют в том случае, когда исходным сырьем для получения является сероводород, который при сжигании дает большое количество паров воды, поэтому сушка такого газа требует больших затрат концентрированной серной кислоты. В большинстве действующих контактных систем газ перед контактным аппаратом сушат, освобождают от брызг и туманообразной серной кислоты. Газ сушат потому, что при понижении температуры в контактном аппарате ниже температуры конденсации серной кислоты, например при пуске и остановке аппарата, может произойти конденсация в контактной массе серной кислоты, что приведет к потере ее активности в результате разрушения структуры катализатора. Газ сушат также для устранения коррозии аппаратуры под влиянием влажного газа. Очищать газ от брызг и туманообразной серной кислоты надо потому, что сконденсировавшаяся в контактном аппарате серная кислота, взаимодействуя с его стенками, может образовать сульфат железа. Попадая на ванадиевую массу, сульфат железа образует на ее поверхности твердые корки, которые ухудшают равномерное распределение газа по сечению аппарата [4].