Понятие химического реактора (стр. 6 из 11)

Мышьяковистый ангидрид

является сильнейшим ядом для платинового катализатора. Ванадиевая контактная масса во много раз (примерно в 5000) менее чувствительна к , чем платиновая, но и она требует очистки печных газов от . Мышьяковистый водород AsH3 легко окисляется до , следовательно, он действует на ванадиевые катализаторы так же, как мышьяковистый ангидрид.

Соединения фтора (HF и SiF4) понижают активность ванадиевой контактной массы, поэтому необходимо устранять их из газов, поступающих в контактный аппарат.

Примеси в сернистых газах СО, С02, H2S, CS2, NH3, NO, паров S и Se и др. в температурных условиях контактирования S02 увеличивают гидравлическое сопротивление контактной массы, нарушая теплообмен в контактном аппарате.

3.2.3 Температура зажигания

Так называют температуру, при которой начинается процесс окисления S02 в S03. Она является важным показателем качества катализатора: чем ниже температура зажигания, тем выше его качество. Температура зажигания (или начала работы) катализатора зависит от качества катализатора и состава газовой смеси, поступающей на контактирование. Например, при поступлении на ванадиевый катализатор БАВ газовой смеси, содержащей 7% S02 и 11% 02, температура его зажигания 423° С, а при содержании в смеси 7% S02 и 6,7% 02 она составляет 437° С, т. е. с понижением процента кислорода в газовой смеси температура зажигания повышается. В процессе работы температура зажигания ванадиевого катализатора, особенно в первом его слое, постепенно повышается, что свидетельствует о понижении его активности [1].

3.2.4 Регенерация катализатора

Ванадиевый катализатор при нормальной очистке газа работает 3—5 лет, после чего его частично или полностью заменяют. В отдельных случаях при хорошей очистке газа и устойчивом температурном режиме работы контактного аппарата продолжительность работы катализатора достигает 10—15 лет.

Из отработавшей ванадиевой контактной массы соединения ванадия можно извлечь и использовать для приготовления новой контактной массы. Перед выгрузкой из контактного аппарата отработавшей контактной ванадиевой массы ее продувают в течение 20—30 ч горячим сухим воздухом при температуре 400° С до полного удаления из нее S03, после чего массу охлаждают, выгружают из аппарата и направляют на регенерацию.

3.2.5 Условия для ведения процесса контактного окисления

в

Изучение влияния температуры на процесс контактного окисления в S0₃ показало, что при заданном проценте контактирования скорость окисления с повышением температуры вначале увеличивается, а затем уменьшается. Это объясняется тем, что на скорость окисления в S0₃ влияет, с одной стороны, температура, которая повышает скорость, с другой стороны, движущая сила процесса, которая представляет собой разность между общей концентрацией в газе и концентрацией в состоянии равновесия реагирующей системы; эта разность (движущая сила) с повышением температуры понижается. Таким образом, на скорость рассматриваемой реакции

действуют две противоположно направленные величины: константа скорости реакции, увеличивающаяся с повышением температуры, и движущая сила процесса, уменьшающаяся с повышением темпера туры. Вначале процесса с повышением температуры преобладающее значение имеет первая величина (константа скорости реакции), так как она резко увеличивается при незначительном уменьшении движущей силы, затем наступает наивысшая скорость процесса, после чего преобладающее значение получает изменение второй величины, что приводит к понижению скорости реакции.

Зависимость скорости окисления S0₂ в S0₃ от температуры при различной степени контактирования показана на рисунке 3.

Из рисунке 3 видно, что для каждого процента контактирования на кривой зависимости скорости окисления

от температуры имеется максимальная скорость. Если соединить эти точки, то получим прямую АА, которая дает возможность определить, при какой температуре скорость окисления для промежуточных степеней контактирования будет оптимальной. Линии ВВ и СС ограничивают область, в пределах которой скорость окисления составляет не менее 90% максимальной.

Рисунок 3 - Зависимость скорости окисления сернистого ангидрида от температуры при различных степенях контактирования

Рисунок 3 показывает, что оптимальная температура контактирования по мере перехода S02 в S03, т. е. по мере повышения степени контактирования S02, понижается. Таким образом, для наиболее полного использования контактной массы необходимо в начале контактирования поддерживать возможно более высокую температуру, а затем по мере роста степени окисления

постепенно снижать ее. Этому условию должна отвечать конструкция современного контактного аппарата. Однако следует иметь в виду, что слишком высокая температура при входе в контактный аппарат может привести к перегреву катализатора и понижению его активности; кроме того, нагревание газов до высокой температуры связано с определенными трудностями. Поэтому часто газы направляют в контактную массу с температурой, немного превышающей температуру зажигания для ванадиевого катализатора, т. е. около 440° С [1].

Состав исходного газа также влияет на полноту использования контактной массы. В таблице 9 указаны примерные объемы ванадиевой контактной массы в л (при коэффициенте запаса 1,5), необходимые для получения 1 т моногидрата в сутки, при изменении содержания в печных сернистых газах S0₂ и 0₂ и степени контактирования.

Таблица 9 – Объём ванадиевой контактной массы

Степень контактирования в %	Объем ванадиевой контактной массы в г. при составе газа
	SO2-5% O2-13,9%	SO2-6% O2-12,4%	SO2-7% O2-11%	SO2-8% O2-10%	SO2-9% O2-8,2%
94 96 97	62,5 92,5 118,0	81,0 117,0 149,0	104,0 152,0 198,0	104,0 152,0 198,0	149,5 220,0 317,7

На рисунке 4 показано изменение необходимого объема контактной массы в зависимости от степени контактирования для печных газов, содержащих 5, 7, 8 и 9% S02 (на рис. 4 соответственно кривые 1, 2, 3 и 4). Из данных таблицы 9 и рисунка 4 видно, что с повышением концентрации SO2 в печных газах количество контактной массы, необходимое для проведения процесса контактирования, увеличивается. Следовательно, с точки зрения использования контактной массы необходимо было бы применять слабый по содержанию S02 печной газ. Однако надо учитывать следующее: на каждый процент превращения S02 в S03 температура газа возрастает на определенную величину, которая зависит от концентрации в газе S02 (при достаточном содержании кислорода). Например, для газа с 7% SO2 температура на 1% контактирования повышается на 2,1° С. Если, например, считать, что контактирование в первом слое контактной массы составит 75%, то температура в слое достигает

. Для ванадиевого катализатора температура контактирования не должна превышать 600° С, так как иначе, как уже говорилось, может измениться структура катализатора и понизиться его активность. Этим объясняется то обстоятельство, что на производстве концентрация S02 в печных газах составляет 7—8%. Чем меньше S02 будет содержаться в сернистом газе, тем больше его нужно для той же производительности и тем меньше будет повышаться температура газа на 1% контактирования; следовательно, тем большую поверхность теплообменников нужно устанавливать, чтобы вести процесс без постоянного подогревания газа [4].

1 – 5% SO2 и 13,9% O2; 2 – 7% SO2 и 11,0% O2; 3 – 8% SO2 и 9% O2; 4- 9% SO2 и 8,2% O2Рисунок 4 - Зависимость необходимого объема контактной массы от степени контактирования для печных газов

Для ванадиевого катализатора температура контактирования не должна превышать 600° С, так как иначе, как уже говорилось, может измениться структура катализатора и понизиться его активность. Этим объясняется то обстоятельство, что на производстве концентрация S0₂ в печных газах составляет 7—8%. Чем меньше S0₂ будет содержаться в сернистом газе, тем больше его нужно для той же производительности и тем меньше будет повышаться температура газа на 1% контактирования; следовательно, тем большую поверхность теплообменников нужно устанавливать, чтобы вести процесс без постоянного подогревания газа. Потребная поверхность теплообмена со снижением концентрации S0₂ в газе возрастает очень быстро. С увеличением объема нужного для ведения процесса сернистого газа весьма быстро растет также сопротивление системы; из-за этого приходится применять большие по сечению аппараты и газоходы, что связано с увеличением капиталовложений. Отсюда ясно, что снижение в газе содержания S0₂ ниже 7 % экономически невыгодно. Целесообразным оно будет только при использовании отработавших газов металлургических заводов, и то не ниже 4% S0₂, так как это допускает еще работу контактного аппарата без подогревания газа топливом.