Реакція (III) окиснення діоксиду сірки характеризується дуже високим значенням енергії активації і тому практичне її здійснення можливе лише в присутності каталізатора.
У промисловості основним каталізатором окислення SO2 є каталізатор на основі оксиду ванадію V2O5 (ванадієва контактна маса). Каталітичну активність у цій реакції проявляють й інші сполуки, перш за все платина. Однак платинові каталізатори надзвичайно чутливі навіть до слідів миш'яку, селену, хлору та інших домішок і тому поступово були витіснені ванадієвих каталізатором.
Каталітичну активність проявляє також оксид заліза (III) Fe2O3, проте лише в області високих температур. Каталітичною активністю Fe2O3, що входить до складу недогарка можна пояснити наявність у випалювальних газі, що виходить з печей КС, невеликих кількостей триоксид сірки.
Швидкість реакції та вид кінетичного рівняння залежить від типу застосовуваного каталізатора. У промисловості застосовують в основному ванадієві контактні маси БАР, СВД, СВС, ІК, у складі яких ~ 8% V2O5, нанесеного на пористий носій.
Швидкість каталітичного окислення діоксиду сірки на ванадієвої каталізаторі описується рівнянням:
dxso2 kp 1-xso2 x ² so2
= · Β-(1.1),
dτ a 1-0,2 xso2 pK ² p (1-xso2) ²
b - 0,5 axso2
де β =; xso2 - ступінь перетворення;
1 - 0,5 axso2 τ - час контактування;
k - константа швидкості прямої реакції; Kp - константа рівноваги реакції (III), р - тиск.
Для спрощених розрахунків можна користуватися рівнянням Борескова:
0,8
dcso2 cso2 - cso2 · e
ωrso2 = - = k co2 (1.2)
dτ cso3
З рівнянь (1.1) і (1.2) випливає, що швидкість реакції залежить від ступеня наближення до рівноваги і як функція температури проходить через максимум (із зростанням температури зростає константа швидкості прямої реакції і зменшуються константа рівноваги і рівноважна ступінь перетворення).
Швидкість реакції підвищується зі зростанням концентрації кисню, тому процес у промисловості проводять при його надлишку.
Так як реакція окислення SO2 відноситься до типу екзотермічних, температурний режим її проведення має наближатися до лінії оптимальних температур. На вибір температурного режиму додатково накладаються два обмеження, пов'язані з властивостями каталізатора. Нижньому температурним межею є температура запалювання ванадієвих каталізаторів, складова в залежності від конкретного виду каталізатора і складу газу 400 - 440 ˚ C. Верхній температурний межа становить 600 - 650 ˚ C і визначається тим, що вище цих температур відбувається перебудова структури каталізатора і він втрачає свою активність.
У діапазоні 400 - 600 ˚ C процес прагнуть провести так, щоб у міру збільшення ступеня перетворення температура зменшувалася.
Одна з найважливіших завдань, що стоять перед сірчанокислої промисловістю, - збільшення ступеня перетворення діоксиду сірки і зниження його викидів в атмосферу. Це завдання може бути вирішена декількома методами.
Один з найбільш раціональних методів вирішення цієї задачі, повсюдно вживаний сірчанокислої промисловості, - метод подвійного контактування і подвійний абсорбції (ДКДА). Його суть полягає в тому, що реакційну суміш, в якій ступінь перетворення SO2 становить 90 - 95%, охолоджують і направляють у проміжний абсорбер для виділення SO3. У останньому реакційному газу співвідношення O2: SO2 істотно підвищується, що призводить до зміщення рівноваги реакції вправо (рівноважна крива 2 на рис. 2). Знову нагріте реакційний газ знову подають у контактний апарат, де на одному - двох шарах каталізатора досягають 95% ступеня перетворення залишився SO2. Сумарна ступінь перетворення SO2 становить у такому процесі 99,5-99,8%.
При підготовці даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.studentu.ru