第四节二氧化硫的催化氧化

第四节二氧化硫的催化氧化【备课时间】202321312:10:23【学习目标】1、理解二氧化硫催化氧化的理论根底2、了解二氧化硫催化氧化的适宜条件3【自学指导】一、二氧化硫催化氧化的理论根底〔一〕二氧化硫氧化反响的化学平衡2SO 2SO O2SOH＜0

298

P2K SO33该反响是一个可逆、放热、体积缩小的反响P

P2 PSO2 02PKP

随温度的上升而降低，随压强的增大而增大。因此增大压强，降低温度可以是平衡右移，提高平衡的转化率。提高空气的过剩量也可以提高提高平衡转化率。〔二〕二氧化硫催化氧化催化剂1、催化缘由：没有催化剂存在时，反响速率极为缓慢，因此必需使用催化剂来加快反响速率。活性组分：五氧化二钒〔V2O5〕5~9%2助催化剂：碱金属的硫酸盐〔KSO4〕2载体：硅胶、硅藻土、硫酸铝2、催化剂类型：钒催化剂 钒催化剂的优点：活性高、热稳定性好、机械强度高、S2 3 2抗毒性良好、价格廉价。毒物：A O、SeO、矿尘、酸雾S2 3 2进展趋势：低温、节能、宽温区、高活性。〔三〕二氧化硫催化氧化动力学T1、影响二氧化硫转化速率的因素：反响速率常数k，即时转化率x、平衡转化率x、气体的组成a、b，催化剂的类型，内、外集中等〔动力学方程〕T2、氧的吸附过程是整个氧化过程的掌握步骤。二、二氧化硫催化氧化的适宜条件〔一〕最适宜温度〔Tm〕1、为什么二氧化硫催化氧化存在最适宜温度〔最正确反响温度〕？①〕二氧化硫氧化反响2SO O2 2是一个可逆放热反响。

2SO3

H＜0298②从热力学观点看，温度越低，越有利于提高平衡转化率x，T但从动力学观点看，温度越低，越不利于反响速率常数k即反响速率的提高。二者对温度的要求不全都。③二氧化硫催化氧化反响需要催化剂性温度范围。④从右图来看，反响速率随温度的上升先升后降〔AA线为最适宜反响温度线，BBCC线为温度高于或低于最适宜反响2222220.9倍时反响速率各点的连线〕⑤因此，对于任何一个可逆放热反响，当气体的初始组成、压力、催化剂的性质都肯定时，的连续上升而渐渐降低。⑥因此，二氧化硫催化氧化反响存在最适宜反响温度。⑦最适宜反响温度不是恒定的，而是随气体的起始组成和转化率而变的。〔7%的二氧化硫、11%的氧气和82%的氮气在不同转化率时的反响速度与温度的关系〕2、什么是二氧化硫催化氧化的最适宜反响温度？3、最适宜反响温度与平衡温度的关系：①将上图AA3、最适宜反响温度与平衡温度的关系：①将上图AA线上的各点描绘在t-X图上，即为最适宜反响温度线〔CD线〕②最适宜反响温度线〔CD线〕在平衡温度线〔AB线〕的下方。③应尽可能的使操作温度在最正确温度曲线四周。〔二〕最适宜二氧化硫起始含量a1、二氧化硫含量对催化剂用量的影响〔如右图所示〕化剂用量越大。②在一样的转化率条件下剂的用量越大。③在用固定体积的空气焙烧含硫原料时，焙烧出的二氧化硫含量越高，则氧气含量从而到达肯定转化率所需的催化剂用量将增加，从这个角度讲，SO2的含量尽量的低一些好。2、SO2起始含量对生产力量的影响①假设SO2的起始含量比较低，催化剂的用量比较小，但却使生产单位质量硫酸所处理的气体体积增加，而气体体积的增加受到鼓风机力量的限制，这必定导致转化器的生产力量下降。②因此，SO2从给定的转化器截面上流体阻力肯定时，最终转化率较高的状况下，到达最大的生产力量来确定。③从上图可以看出，SO6.8%~8%时，生产能2力最大。23、SO起始含量对硫酸生产总费用的影响2①影响硫酸生产总费用的因素主要是设备折旧费和催化剂费用。21说明：随SO起始含量的增加，设备生产力量增加，2相应设备折旧费用减小。22SO2

起始含量的增加，到达肯定最终转化

7.2%率所需要的催化剂费用增加。3说明：SO2

起始含量a7.2%时总费2用最小SO1%范围内变化，对总费用并无明显2影响。2SO起始含量对硫酸生2产总费用的影响也将转变。〔三〕最适宜的最终转化率1、为什么最终转化率也有最适宜值问题？①最终转化率是接触法生产硫酸的重要指标之一。2②提高最终转化率可以削减废气中SO的含量，减轻环境污化剂用量和流体阻力的增加题。22、最适宜的最终转化率与所承受的工艺流程、设备和操作条件有关。3、假设承受一转一吸流程并且尾气不回收的状况下，当最终转化率为97.5%~98%时，硫酸生产的本钱最低。此时的转化率为最适宜的最终转化率。三、二氧化硫催化氧化的工艺流程〔一〕转化器的类型多段间接换热式转化器 除去多余热量21、SO的催化 炉气冷激式转化器 使催化氧化尽可能2氧扮装置 多段冷激式转化器 按最正确温度曲线进展。空气冷激式转化器 实现催化氧化最正确化多段反响：段数越多，反响温度越接近最正确温度线，转化率越高2、催化氧扮装置的特点 但段数太多，阀门多、阻力大、操作简单，一般为四段。在每段上进展绝热反响，气体温度上升。多段冷却：温度上升的气体，离开催化剂床层在转化器的内、外〔降温〕 进展间接或冷激式换热。3、多段间接换热式转化器〔以四段间接换热式转化器为例〕转化率不变，因此线段为水平线。降温至某一温度后，再让气体通过催化剂床层进展反响，温度再次上升，再次降温，如此屡次在最适宜温度线四周进展转化，提高了最终转化率。转化率不变，因此线段为水平线。降温至某一温度后，再让气体通过催化剂床层进展反响，温度再次上升，再次降温，如此屡次在最适宜温度线四周进展转化，提高了最终转化率。4、炉气冷激式转化器体的温度EDBC②由于参加冷炉气时又带入了SO，致使其含量增高，使2SO的转化率降低，所以温度降低的过程，就是转化率降2低的过程，所以t-x图中的水平线将向下倾斜。如右图所示A③由于SO2所需的催化剂用量大大增加。④多段冷激式转化器，通常只在一、二段之间承受冷激，间接换热式转化器要高。5、空气冷激式转化器降低反响后气体的温度，因而有利于提高转化率。2②为了避开转化后的气体混合物的处理量过大SO2

的起始含量①四段间接换热式转化器的构造：转化气的进、出口，催化剂床层，列管式换热器，螺旋板式换热器，承载催化剂床层的篦子板，气体分布板，热电偶等①四段间接换热式转化器的构造：转化气的进、出口，催化剂床层，列管式换热器，螺旋板式换热器，承载催化剂床层的篦子板，气体分布板，热电偶等②转化气经过路线：入口→第一催化剂床层→第一列管式换热器→其次催化剂床层→其次列管式换热器→第三催化剂床层→螺旋板式换热器→第四催化剂床层→转化气出口④t-x图及解释：为保证操作温度在最适宜温度线附30℃左右经换热器预热至最适宜温度线四周，然后通过催化剂床层进展绝热反响AB线温度快速上升，偏离最适宜温度线，为了让温度回到最适宜温度线四周，所以让转化气离开催化剂床层进展冷却降温〔BC线〕此时由于气体没有被转化，③如图为四段空气冷激过程的t-x图2A：由于参加冷空气使转化气中SO 的起始含量下降，同时，氧的起始含量增加与之相应的平衡曲线和最适宜温度曲线均上移肯定距离，绝热操作线的斜率也转变了。2SO和SO含量的比值没有发2 3生变化，因此冷却线仍为水平线。C：全部承受空气冷凝的多段转化只适合于硫SO2起始含量也较高。D:焙烧硫铁矿装置只能承受局部空气冷激式转化过程。〔二〕二氧化硫催化氧化的工艺流程1、两转两吸：炉气进展一次转化、一次吸取后，在进展其次次转化和其次次吸取。2 2 2、两转两吸的特点：SO 炉气在转化器中经过三段转化后，送中间吸取塔吸取SO，未被吸取的气体返回转化器第四段，将未转化的SO再次转化，再送吸取塔吸取SO〔3+12 2 程SOSO

的方向移动，因此，最终转化率可提3 399.5%~99.9%。3、两转两吸流程增加了换热面积。4、两转两吸流程的优点：99.5%~99.9%，因此，尾气中SO2含量很低，削减了尾气污染。②进转化器的炉气SO2起始含量高，可达9.5%~10%，与一次转化相比，设备可增产30%~40%。③催化剂的利用系数高。5%3%。【高考真题与检测】一、选择题：1〔05-42〕、以硫铁矿为原料的两转两吸工艺流程中，二氧化硫的适宜含量可提高到( ) A、17%~18% B、9.0%~10% C、11%~13% D、14%~16%2、(08-41)在硫酸生产的转化工序中，与二氧化硫起始含量无关的因素是〔D 。A、设备的生产力量 B、催化剂的用量 C、硫酸生产的总费用 D、最终转化率1、以下图哪一个是炉气冷激式转化器的T-x图。( B )A B C2、以下不是二氧化硫催化氧化的适宜条件的是〔D 〕A、最适宜温度〔Tm〕 B、最适宜二氧化硫起始含量C、最适宜的最终转化率 D、最适宜的催化剂用量3、以下说法正确的选项是〔 A 〕A、二氧化硫催化氧化的掌握步骤是氧的吸附过程。B、二氧化硫氧化反响是一个可逆吸热反响C、二氧化硫催化氧化有且只有一个最适宜反响温度D、二氧化硫催化氧化最适宜的最终转化率为97.5%~98% 〔留意前提条件〕4、以下说法正确的选项是〔 C 〕A、二氧化硫催化氧化的最终转化率愈大愈好B、二氧化硫的起始含量越高，催化剂的用量越小。C、当SO26.8%~8%时，生产力量最大。D、SO2a7.2%SO21%范围内变化，对总费用具有明显影响。5、关于二氧化硫催化氧扮装置的以下说法错误的选项是〔D 〕A、有利于提高最终转化率 B、有利于移走多余反响热使反响温度按最正确温度线进展。C、段数越多，反响温度越接近最正确温度线，转化率越高D、工业生产中，应尽可能的增加二氧化硫催化氧扮装置段数6、以下关于二氧化硫催化氧扮装置的t-x图说法正确的选项是〔 C 〕A、四段间接换热式转化器的降温线为斜线B、空气冷激式转化器只有最适宜温度曲线上移肯定距离C、炉气冷激式转化器的升温线是平行的DSO2SO3含量的比值没有发生变化，因此冷却线仍为斜线但平行。7、下面关于二氧化硫催化氧化“两转两吸”的工艺流程说法错误的选项是〔A 。AB2C、可以适当提高进转化器的炉气SO的起始含量。2D、降低了投资和生产本钱。二、填空题：1、〔05-6〕、二氧化硫氧化为三氧化硫所使用的催化剂是 共主要活性组分为 ，本反响有 的特点。2、〔05-8〕、在硫酸生产过程中，二氧化硫催化氧化的适宜条件有 、和最适宜的最终转化率。三、简答题：1〔05-1〕出转化器的物料流向〔进、出管线已画出〔5分〕2〔07-3〕硫酸生产工艺中，三氧化硫“两转两吸”流程的根本特点有哪些？“两转两吸”流程的根本特点：3SO2炉气在转化器中经过三段转化后，送中间吸取塔吸取SO；32未被吸取的气体返回转化器第四段，将未转化的SO2

再次转化；33 再送吸取塔吸取SO。 〔每个分句1分，计3分〕由于两次之间，除去了SO，使平衡向生成SO的方向移动，因此，最终转化率可提高到99.5%~99.9%。 (233 ①〕二氧化硫氧化反响2①〕二氧化硫氧化反响2SOO2SO2 2是一个可逆放热反响。

3 298②从热力学观点看，温度越低，越有利于提高平衡转化率x，但从动力学观点看，温度越T低，越不利于反响速率常数k即反响速率的提高。二者对温度的要求不全都。③二氧化硫催化氧化反响需要催化剂，而催化剂本身有一个活性温度范围。〔AA线为最适宜反响温度线，BB、CC线为温度高于或低于最适宜反响温度时反响速率为最大反响速率0.9倍时反响速率各点的连2222线〕⑤因此，对于任何一个可逆放热反响，当气体的初始组成、压力、催化剂的性质都肯定时，的连续上升而渐渐降低。⑥因此，二氧化硫催化氧化反响存在最适宜反响温度。⑦最适宜反响温度不是恒定的，而是随气体的起始组成和转化率而变的。2、二氧化硫催化氧化的适宜条件有哪些？①最适宜温度〔Tm〕②最适宜二氧化硫起始含量a③最适宜的最终转化率3、在硫酸生产的转化工序中，影响二氧化硫起始含量的因素有哪些？①、二氧化硫含量对