选择二氧化硫催化氧化的工艺条件

（一）最佳温度的确定

从化学平衡的角度看，二氧化硫氧化是可逆的放热反应，降低温度对化学平衡有利。但从动力学角度看，提高反应温度对提高反应速率有利。因此，存在一个最佳反应温度，在该温度下，对于一定的反应条件和要求的转化率，反应速率达到最大。

如果炉气的组成、反应压力及催化剂等确定，则反应速率仅是温度和转化率的函数。图10-8表不在相应的转化率下，反应温度与反应速率的关系。图中A-A线为最佳温度连线，B-B和C-C线则是反应速率相当于最大反应速率0.9倍的各点连线。图10-9表示了温度与转化率之间的关系，从图中可以看出，转化率越高，最佳温度越低；在相同的温度下，转化率越高则反应速率越小。

此外，最佳温度的确定必须考虑催化剂的活性温度，如果计算值超出了催化剂的活性温度范围，应以催化剂的活性温度来确定操作温度。

图10-8　反应温度与反应速率的关系

图10-9　温度与转化率的关系

工业转化器温度的要求及控制方法如下。

（1）在催化剂的活性温度范围内操作。

（2）尽可能接近最适宜温度。(www.xing528.com)

（3）采用分段操作时反应过程与换热过程分开进行，各段在绝热情况下进行，段间进行冷却及绝热反应与换热过程依次交替进行，使反应在整体上接近最适宜温度。

（二）二氧化硫的适宜浓度

硫酸厂系统阻力的70%是集中在转化器的催化剂层，增加炉气中SO2的浓度，炉气中氧的浓度就相应降低了，反应速率也相应降低，为了达到一定的最终转化率所需要的催化剂量也随之增加，才能保证达到工艺规定的转化率，催化剂层阻力也相应增大。因此，从减少催化剂用量的角度来看，采用低浓度SO2时有利。但是，炉气中的SO2浓度太低，会使生产每吨硫酸所需要处理的炉气量增大，如果其他条件一定，其他设备的尺寸必然要增大，或使系统中各个设备的生产能力降低，这样，设备的投资和折旧费用增加。由此可见，二氧化硫最适宜浓度的确定不仅在很大程度上取决于催化剂层的阻力，而且要依从硫酸生产总费用最低的原则。实践证明，若采用普通硫铁矿为原料，对“一转一吸”流程，当转化率为97.5%时，SO2含量为7%～7.5%最适宜。当原料改变或具体生产条件改变时，最佳含量值亦将改变。例如，以硫黄为原料，SO2最佳含量为8.5%左右；以含煤硫铁矿为原料，SO2最佳含量小于7%；以硫铁矿为原料的“两转两吸”流程，SO2最佳含量可提高到9%～10%，最终转化率仍能达到99.5%。SO2浓度对生产成本的影响如图10-10所示。

图10-10　SO2浓度对生产成本的影响

1—设备折旧费与二氧化硫原始浓度的关系；2—最终转化率为97.5%时，催化剂用量与二氧化硫原始浓度的关系；3—系统生产总费用与二氧化硫原始浓度的关系

（三）最终转化率

图10-11　最终转化率对成本的影响

最终转化率是硫酸生产的主要指标之一。提高最终转化率，可降低尾气中SO2的含量，减少环境污染，提高硫的利用率，但同时会增加催化剂的用量和流体阻力。因此，最终转化率也存在最佳值。

最终转化率的最佳值与采用的工艺、设备及操作条件有关。对于“一转一吸”流程，在尾气不回收的情况下，最终转化率为97.5%～98%。最终转化率对成本的影响如图10-11所示。如果有SO2回收装置，最终转化率可以低些。如果采用“两转两吸”工艺流程，最终转化率可达到99.5%以上。