二氧化硫的转化说课讲解.docx
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二氧化硫的转化说课讲解
二氧化硫的转化
二氧化硫的转化
一、转化的原理：
即转化的基本原理和常识
1、转化的目的
2、在转化器内的三个反应
3、理论转化率
4、平衡转化率
5、影响转化率（最终转化率）的主要因素
6、转化反应中，so2反应的速度
7、转化的SO2氧化反应与气体起始成分的关系
8、转化率同硫酸生产量的关系
二、转化器配装的接触剂——钒触媒
1、触媒的接触理论及触媒的有关情况
2、触媒的起燃温度
3、触媒的操作温度
4、气体中的杂质对钒触媒的影响
5、钒触媒在使用中的不正常颜色及其原因
6、触媒的合理使用与维护保养
三、转化的工艺操作条件与控制
1、转化工艺操作条件的主要因素
2、转化工艺流程与操作调节
二氧化硫的转化
一、转化的原理：
即转化的基本原理和常识
1、转化的目的——通过净化精制的SO2烟气经过转化器钒触媒的催化作用，将SO2氧化成SO3，它的反应是按下列方程式进行的：
SO2+1/2O2=====SO3+Q
2、在转化器内，有三个反应同时进行
从左到右的反应是正反应，反应后放出大量的热，叫发热反应。
从右到左的反应是SO3分解成SO2和O2，叫逆反应。
正反应是由一份SO2和0.5份O2变成一份SO3，所以叫缩体反应。
3、理论转化率——随着温度的变化而变化，在二氧化硫氧化成SO3时，每一个温度都有它的转化极限，这个极限叫理论转化率。
在一定气体组分的条件下，其理论转化率只有凭温度来决定。
如果SO27%，O211%，N2（氮）82%的气体组分条件，其理论转化率同温度的关系是：
温度℃理论转化率%温度℃理论转化率%温度℃理论转化率%
42098.847096.452091.5
43098.548095.655086.2
44098.149094.857081.8
45097.650093.858079.3
46097.251092.560073.9
如果改变气体的组分条件，情况就变化了，如果提高氧量，降低SO2浓度，其理论转化率就会提高。
4、平衡转化率
在转化器的正常运行中，转化的三个反应同时存在。
如果正反应速度大于逆反应速度，则整个反应就向有利于生产SO3的方向进行。
如果正反应与逆反应速度相等。
则反应物（SO2和O2）不再减少。
生成物（SO3）不再增加。
即反应物的浓度越高，反应速度越快。
开始正反应速度快，随着O2和SO2的浓度降低，正反应逐步慢下来，而随着SO3浓度的增加，逆反应速度逐渐快起来。
一个边慢，一个边快。
相互逐渐接近，最后到达正逆两个反应速度相等。
这就达到了化学反应的平衡。
这时，只要气体组分的任何一个条件发生变化，（如温度、压力、SO2和O2的浓度等）旧的平衡就会被破坏，新的平衡重新建立。
5、影响转化率（最终转化率）的主要因素
1、转化的工艺结构（一转一吸三、四段转化；二转二吸的3+1或3+2）
2、技术操作温度的确定。
3、气体组分的SO2和O2的含量。
（即入口SO2浓度的控制）
4、触媒的装填量与活性。
硫磺与硫铁矿制酸270~300升，烟气制酸320~350升。
5、运行气量、气速和运行气量的稳定性。
6、转化岗位操作的合理性和稳定性。
6、转化反应的速度
反应速度：
即单位重量的接触剂在一定的时间间隔内能够转化的气体量。
1、同温度的关系
前面已说明，提高温度，降低了理论转化率，但提高温度，确大大的提高了转化氧化反应的速度。
温度℃
425
450
475
500
525
550
575
反应速度
1
3.2
5.1
7.7
11.6
16.1
23.8
《硫酸生产加工与设备安装新工艺新技术及生产过程分析质量检测新品种实用手册》这本书提到“温度由400℃升到575℃的反应速度增加了30多倍”
从提高理论转化率这个角度看，温度越低越好（但不能低于触媒的起燃温度，否则，反应停止），这是因为越是接近转化的最高极限，其反应速度越慢。
从提高反应速度这个角度看，温度越高越好，提高反应温度，需要的触媒量也少。
一个需要提高温度，一个需要降低温度。
这两者是矛盾的。
我们需要最高的转化率，又需要较高的反应速度。
这就提出了在工艺控制和操作控制中，要分层、分段来解决。
在转化过程中不能保持同一的稳定范围。
反应的初期，SO2和O2的浓度高，SO3浓度低，从平衡转化率的角度看，宜使气体在教高的温度下转化，反应的后期，宜使气体在较低的温度下转化；当转化反应后的SO3提高到一定的浓度，就拿出来送去吸收。
剩下的极少量的SO2再进行最终的低温转化。
这样就提高了最终转化率。
这就是为什么转化器要配置换热器，为什么要进行两次转化和吸收的道理。
配置换热器还有一个道理，就是转化后的SO3需要降温，送进来的SO2温度低，不到触媒的起燃温度，而需要补充热量。
2、与压力的关系
在同样气体组分的条件下，平衡转化率是随着压力的升高而增大的。
如7%SO2，11%O2，82%N2在不同压力和温度下与平衡转化率的关系：
温度℃、压力MPa与平衡转化率100%
0.1MPa
0.5MPa
1.0MPa
2.5MPa
5.0MPa
10.0MPa
400℃
99.25%
99.67%
99.76%
99.85%
99.90%
99.93%
450℃
97.64%
98.93%
99.23%
99.52%
99.65%
99.76%
500℃
93.80%
97.17%
97.90%
98.69%
99.06%
99.33%
550℃
86.16%
93.25%
95.00%
96.85%
97.73%
98.36%
600℃
73.85%
86.15%
89.70%
93.30%
95.05%
96.45%
从上表看到，平衡转化率随压力的增大而增高，这说明硫酸生产系统的转化，在加压下生产是有好处的。
所以，近20年来，国际上有不少国家在积极研究采用加压流程。
如美、日、法、加拿大等国先后在一些大型硫酸厂采用了“循环加压流程”或“肺循环加压流程”等，取得了显著的技术经济效益。
7、转化的SO2氧化反应与气体起始成分的关系
在一定的温度和压力下气体起始成分中的O2含量越大，SO2的含量越小，则平衡转化率便越高。
在生产中，我们是不可以随意改变气体成分的，空气中O2含量占21%，N2含量占78%，其它气体的含量是稀有气体0.94%，二氧化碳（CO2）0.03%，其它杂质0.03%。
在制备SO2气体的焙烧中，一般都是采用自然空气，在焙烧的原料中，S需要O2在一定的温度下氧化成SO2，其它金属杂质的氧化也需要O2，在一定的气体组分中，随着SO2浓度的提高，这份气体中的O2含量自然减少（如果采取富氧焙烧则是另一种情况）。
平衡转化率是随着O2含量的降低而降低的，同时，也是随着SO2浓度的提高而降低的。
气体成分与平衡转化率的关系
SO2含量%
2
3
4
5
6
7
8
9
10
O2含量%
18.14
16.72
15．28
13.86
12.43
11.00
9.58
8.15
6.72
平衡转化率%
97.32
97.12
96.98
96.75
96.47
96.07
95.53
94.61
92.78
我们在生产中虽不能随意改变气体的组分，但视情况进行操作控制是可以办到的。
比如，在焙烧制备SO2时，适当提高过剩空气系数，在烟气净化过程中补充空气量。
这就使气体组分中降低了SO2含量。
降低了SO2含量就自然提高了O2的含量。
有利于提高平衡转化率。
但SO2浓度降得太多不行，因为它会影响转化整体的热平衡。
SO2转化反应的平衡是相对的。
不平衡是绝对的。
只要条件变化了，旧的平衡就会被破坏，新的平衡重新建立。
温度、压力、气体组分的SO2含量和O2的含量，以及生成物SO3的浓度等。
只要其中的任何一个条件变化，旧的平衡就不存在，新的平衡随之立即建立。
我们的操作包括转化的工艺设计，就是在这种平衡和不平衡中去寻找和达到最终最高的总转化率。
8、转化率同硫酸生产量的关系
应当说，转化率高了，硫酸生产量也就高了。
但要说清楚以下几个问题。
1、设计规模的诸方面因素
每一套制酸工艺都要根据制酸的规模产量根据焙烧原料的类型再确定净化、转化、干吸的工艺的规格和流程。
（尾气制酸是根据原料的情况和焙烧炉的规格再确定产酸量规模，根据这一产酸量规模和气体组分的条件来确定净化、转化、干吸的工艺流程及其规格）。
每一套制酸工艺又要根据选点建设的地理气候情况，国家队安全、环保的要求以及投资老板的投资规模来确定工艺条件和具体流程（国家对安全、环保规定的三同时是：
一切新建、改建、扩建的基本建设项目（工程），技术改造项目（工程），引进的建设项目，其职业安全卫生设施必须符合国家规定的标准，必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投入生产和使用。
（职业安全卫生设施是指为了防止伤亡事故和职业病的发生而采取的消除职业危害因素的设备、装置、防护用具及其他防范技术措施的总称），这些条件和规定就基本上规范了该工艺流程的生产规模，运行气量和相应的各方面的工艺技术指标。
（如：
净化技术指标、转化率、吸收率和尾气排放的各种指标。
其中，转化率就涉及到转化进口的SO2浓度，转换器的大小、流程、触媒的装填量以及换热器的面积，各层各段的温度控制等等）。
大体上可以这样说：
设计规定你生产多少硫酸，你就只能生产多少硫酸，生产少了，整体生产工艺就会出现一些问题（如：
转换热平衡不够，反应热少了，转化后段低于触媒的起燃温度等等）。
生产多了，也要出问题。
反应热太多，无法平衡，提高控制温度，造成触媒老化快。
同时，导致平衡转化率的降低，尾气SO2浓度超标等等。
所以，任意提高硫酸产量会造成转化率的下降。
上述说明，硫酸的工艺规模已经制约了硫酸生产的效率。
2、操作气量和气体SO2浓度与硫酸生产量的因素
操作气量大，气体中SO2的总量就增大。
转化生成物的SO3总量也就增多。
经吸收形成的硫酸产量也就高了。
气体中SO2浓度提高，该气体中SO2的总量也就多了，转化生成物SO3同样增多，经吸收形成的硫酸产量也同样提高。
但是，操作气量的增大和SO2含量的增高，必然导致平衡转化率乃至总转化率的降低。
3、在工艺规模生产量的前提下，提高硫酸生产量的可行性
任何一个硫酸生产的设计都不会是十全十美。
完全完善的诸多方面的条件的提出也不会没有误差。
设计者在采用各种技术数据上会保守一些。
要留有一定的余地，在采用的各种设备的规格上也一定会留有一定的余地。
因此，在投产后的实际生产过程中，要不断地去探索，可能你会发现，有些地方只要进行局部的技术改造，硫酸生产率就提高了。
整体工艺设备的能力发挥到了极致。
国家规定的安全、环保指标和工艺技术指标也在规定的范围之内。
（如触媒装填量、换热面积、局部管道的阻力等等）
另外，提高操作人员的实际操作技能，做到判断问题的准确，排除故障快，减少不必要时间折腾，再加上全线生产的指挥及时得当，这样就争取了更多的有效的生产时间，有效的生产时间就是效率，就是经济效益。
综上所述，在规模产量的前提下，提高硫酸生产量是完全可能的。
适当提高气量，适当提高SO2的操作浓度都是措施，但不可以盲目的去提高，绝不可不顾安全、环保指标去刻意追求。
二、转换器装配的接触剂——钒触媒
1、触媒的接触理论及触媒的有关情况
SO2和O2的作用，即使在很高的温度下，其转化率仍然是很小的，几乎看不见。
提高反应速度的唯一方法
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