Очистка газов от сернистого ангидрида

КАТАЛИТИЧЕСКИМОКИСЛЕНИЕМ.

Данный метод ос­нован на окислении S0₂ в S0₃ на катализаторе с после­дующей абсорбцией S0₃ и образованием серной кисло­ты. Окисление S0₂ в S0₃ протекает по реакции S0₂+ 1/2О₂= S0₃+ +96 кДж/моль.

Константа равновесия этой реакции определяется уравнением

(5.16)

Вычисленные по этой формуле константы равновесия реакции и соответствующие величины степени превраще­ния S0₂ в S0₃ имеют следующие значения:

Температура, °С………390 425 475 525 600 650
Константа равновесия

К_Р, МПа……………….. 57,5 24,5 8,23 3,2 0,95 0,47
Степень превращения

S0₂ в S0₃, %.....................99,0 98,4 95,2 91,0 73,0 57,0

Таким образом, по условиям равновесия повышение температуры не благоприятствует окислению S0₂ в S0₃. Энергия активации этой реакции очень велика, поэтому без катализатора реакция гомогенного окисления S0₂ в S0₃ практически не проходит даже при высокой тем­пературе.

В качестве катализатора при производстве серной кислоты применяют в основном контактную массу БАВ, названную по начальным буквам элементов, входящих в ее состав (бария, алюминия, ванадия), и контактную массу СВД (сульфованадиеводиатомовую). Контактную массу формуют в виде гранул, таблеток или колец.

Зависимость константы скорости реакции окисления S0₂ в S0₃ на катализаторах БАВ и СВД приведена на рис. 5.6. Перелом кривой при 440 °С связан с изменением энергии активизации в этой точке. Таким образом, при увеличении температуры с 400 до 500 °С константа ско­рости реакции увеличивается более чем в 30 раз, а кон­станта равновесия уменьшается в 9 раз. Следовательно, процесс окисления S0₂ в S0₃ зависит от двух величин, одна из которых с повышением температуры увеличива­ется, а другая уменьшается. Анализ показывает, что кривая зависимости скорости образования S0₃ имеет максимум. Наиболее благоприятная температура процес­са равна 460 - 480° С. При объемной скорости газов 10000 ч^-1 достигается степень окисления S0₂ не менее 90%.

Рисунок 5.6 - Зависимость константы скорости реакции окисления S0₂ в S0₃ от температуры на ванадиевых катализаторах БАВ и СВД.

Высокая температура протекания реакции окисле­ния S0₂ создает трудности при практическом осуществ­лении данного процесса в производственных условиях. Как было показано, основными загрязнителями атмосферы S0₂ являются аглофабрики и котельные, отходящие газы которых имеют тем­пературу около 150° С, при которой контактное окисле­ние газов является невозможным. Поэтому в схеме кон­тактного окисления нужно предусмотреть нагрев агло­мерационных газов до 450 °С. Источником тепла может явиться готовый агломерат, нагретый до высокой темпе­ратуры в зоне обжига. Этот агломерат нужно охладить, поэтому целесообразно совместить узел охлаждения аг­ломерата и нагрева газов перед контактным аппаратом.

Принципиальная схема контактного окисления S0₂, содержащегося в агломерационных газах, до S0₃ пред­ставлена на рис. 5.7. Агломерационные газы, содержа­щие S0₂, проходят грубую очистку от пыли в инерци­онном пылеуловителе и тонкую очистку в электрофиль­тре. Затем эти газы подогревают со 150 до 450 °С нагре­тым воздухом, охлаждающим агломерат. Превращение S0₂ в S0₃ происходит в контактном аппарате. После этого агломерационные газы охлаждают до 250 °С в теп­лообменнике воздухом, подаваемым на охлаждение аг­ломерата. Образовавшийся при охлаждении туман сер­ной кислоты улавливают электрофильтром. Очищенный воздух из электрофильтра выбрасывают в атмосферу, а серную кислоту сливают в сборник и используют в ка­честве товарного продукта. Данная схема очистки тре­бует существенной переделки агломерационной машины.

1 - инерционный пылеуловитель; 2 - электрофильтр для тон­кой очистки газов от пыли; 3 - контактный -аппарат для окис­ления S0₂ в S0₃; 4 - теплообменник для охлаждения газов и выделения из них серной кислоты; 5 - электрофильтр для улавливания серной кислоты

Рисунок 5.7 - Схема процесса очистки дымовых газов от S0₂.

Разновидностью описанного способа очистки газов от S0₂ является процесс «Кийоура ТИТ», разработанный в Японии. Данный процесс отличается тем, что окислен­ный горячий газ охлаждают до температуры ниже точ­ки росы серной кислоты и вводят в газовый поток газо­образный аммиак, который взаимодействует с S0₂ с об­разованием сульфата аммония. Последний образуется в виде крупных кристаллов (≈100 мкм), благодаря че­му хорошо улавливается в электрофильтрах.

Разработаны схемы последовательного двойного кон­тактного окисления S0₂. В одной из этих схем газы пос­ле окисления в первом контактном аппарате и отделения из них серной кислоты поступают во второй кон­тактный аппарат. Благодаря этому общая степень очи­стки является относительно высокой. Недостатком дан­ного способа является большой расход тепла на нагрев газов перед вторым контактным аппаратом и большое число аппаратуры. Агломерационные газы содержат наряду с S0₂ также СО, которая неблагоприятно влияет на процесс контакт­ного окисления S0₂ в S0₃. Установлено, например, что в присутствии СО при 450 °С и содержании 0,4% S0₂, объемной скорости газа 12 000 ч^-1 степень окисления S0₂ снижается с 90 до 80%.

Таким образом, очистка агломерационного газа в контактных аппаратах по схеме очистки дымового газа котельных недостаточно эффективна. Поэтому целесо­образно применять комплексную очистку газа от S0₂ и СО, т. е. окислять СО в СО₂ на палладиевом катализа­торе. При такой схеме очистки достигают подачи на ва­надиевый катализатор газа, очищенного от СО, и повы­шения его температуры примерно на 100 °С за счет окис­ления СО в СО₂. В результате этого на ванадиевом катализаторе достигают необходимой температуры.