工業(yè)硫磺—催化劑活性檢驗

(一)方法概述

    二氧化硫與空氣中的氧在釩催化劑的作用下生成三氧化硫。通過測定反應(yīng)前后氣體中二氧化硫體積分?jǐn)?shù)的變化(二氧化硫轉(zhuǎn)化率)來鑒別催化劑的催化效能。其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

(二)活性檢驗流程

活性檢驗流程如圖1所示。

圖1釩催化劑活性檢驗裝置工藝流程示意圖

    1一空壓機；2-1、2-2、2-3、2-4一截止閥；3一調(diào)壓器；4一定值器；5一緩沖瓶；6一濃硫酸洗氣瓶；7-1、7-2、7-3一轉(zhuǎn)子流量計；8一混合瓶；9一濃硫酸洗氣瓶；l0一電加熱轉(zhuǎn)化器；ll一三氧化硫收集瓶；12．1、12—2一三氧化硫吸收瓶；13一水封瓶；14一試管；l5一氣體量筒；l6一水準(zhǔn)瓶；17一玻璃旋塞；18一濃硫酸洗氣瓶；l9一緩沖瓶；20一二氧化硫鋼瓶

    壓縮空氣由總閥2—1進(jìn)入空氣過濾減壓閥3，減壓后的氣體經(jīng)氣動定值器4定值后去緩沖瓶5、濃硫酸洗氣瓶6，洗去空氣中的水分后，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計7—1計量，最后進(jìn)入混合瓶8與二氧化硫氣體混合。

    二氧化硫氣體由鋼瓶20出來，經(jīng)減壓節(jié)流閥2．2、2—4減壓調(diào)節(jié)后去緩沖瓶19、濃硫酸洗氣瓶l8，再經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計7—3計量，最后進(jìn)入混合瓶8與空氣混合。

    混合后的氣體經(jīng)濃硫酸洗氣瓶9二次洗氣后分成二路：一路直接去分析系統(tǒng)，供分析混合氣(進(jìn)氣)中二氧化硫的體積百分?jǐn)?shù)，另一路經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計7—2計量后進(jìn)人轉(zhuǎn)化器。

    混合氣體中二氧化硫和氧，在釩催化劑的作用下生成三氧化硫。液體流人三氧化硫收集瓶11內(nèi)，氣體去三氧化硫吸收瓶l2．1、12—2而被全部吸收。

    由吸收瓶出來的尾氣分為兩路：一路去分析系統(tǒng)，分析尾氣中殘余二氧化硫的體積百分?jǐn)?shù)，另一路去水封瓶13之后放空。

(三)活性檢驗條件

    (1)轉(zhuǎn)化器  采用夾套式單管轉(zhuǎn)化器，其管徑為φ36mm×2mm。測溫?zé)犭娕继坠芪挥谵D(zhuǎn)化器的中心，其管徑為φ8mm×1．5mm。

    (2)催化劑裝置30ml。

    (3)催化劑粒度S101、S107、S108型條長為6～6．5mm；S l01-2H型粒度為3．35～4．OOmm。

    (4)空間速度  3600h^-1，進(jìn)氣二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為(10±0．1)％，余為空氣；系統(tǒng)壓力：常壓；活性溫度：S l07、S l08型410℃；S l01、S l01—2H型485℃；耐熱溫度和時間：S l07、S l08型600℃。5h；S 101、S l01-2H型700℃，5h。

(四)活性檢驗過程

    (1)按活性檢驗條件對試樣粒度進(jìn)行處理，原粒度試樣用250ml量筒(碎粒度樣品用l00ml量筒)緊堆l00ml試樣并稱重，求得堆積密度，然后稱取相當(dāng)于30ml試樣應(yīng)有的質(zhì)量。

    (2)裝樣時，先將合金支撐管放人轉(zhuǎn)化器底部，加上合金篩板，在篩板上加放φ(3～5)mm的瓷球(或與其粒度相當(dāng)?shù)氖⑹?SPAN lang=EN-US>)填料，調(diào)整填料高度到規(guī)定的尺寸。在填料上再加放合金篩板，接著將準(zhǔn)備好的30ml試樣緩慢倒入轉(zhuǎn)化器內(nèi)，并輕輕敲打管壁，使催化劑床層表面平整并保證其床層高度為(43±1)mm。然后在催化劑床層上再加放合金篩板，其上裝填瓷球，邊裝邊輕輕敲打管壁，直至加滿為止。用合金篩板封口，最后將轉(zhuǎn)化器內(nèi)外套螺扣擰緊。

    (3)將壓縮空氣通入轉(zhuǎn)化器，堵住轉(zhuǎn)化器出口，使轉(zhuǎn)化器的密封部分全部埋在水里做氣密試驗，至不漏氣為止。

    (4)將轉(zhuǎn)化器接入系統(tǒng)，按示意圖接好檢驗流程裝置，將測溫?zé)犭娕嫉臒岫瞬逯翚怏w入口離催化劑床層5mm處。

    (5)轉(zhuǎn)化器的加熱電爐通電升溫，升溫速率在200℃／h左右。

(6)當(dāng)溫度升至200℃時，即可通入壓縮空氣，空速為3600h^-1.當(dāng)檢驗S l07、S 108型時升至350℃；檢驗S l01、S l01-2H型時升至400℃即可通二氧化硫，使其濃度一次達(dá)到(10±0．1)％，繼續(xù)升至耐熱溫度(S 107、S l08型為600℃；S l01、S 101．2H型為700℃)。進(jìn)行耐熱試驗，耐熱5h后，用200℃／h速率降至活性檢驗溫度(S 107、S l08型為410℃；S l01、S l01—2H型為485℃)。   

(7)當(dāng)爐溫降至活性檢驗溫度后，S 101、S l01—2H型允許用下列①、②兩種方式中的一種進(jìn)行操作，S l07、S l08型需按②條進(jìn)行操作。

    ①降至活性檢驗溫度后停氣換三氧化硫吸收瓶內(nèi)的硫酸，然后恢復(fù)通原料氣，保持爐溫、流量穩(wěn)定2h后即可開始分析。以后每隔1．5～2h分析l次進(jìn)出口氣中二氧化硫含量并計算其轉(zhuǎn)化率。若連續(xù)分析3次，其相互間轉(zhuǎn)化率的絕對差值對于S l07、S 108型來說不大于2％：S l01、S l01-2H型不大于l％且無明顯上升或下降趨勢時，認(rèn)為分析穩(wěn)定，即可結(jié)束試驗。

    ②降至活性檢驗溫度后，先停二氧化硫氣體，稍后停壓縮空氣，更換吸收瓶內(nèi)的硫酸，保持爐溫過夜。第2天恢復(fù)通入原料氣，調(diào)整并保持爐溫，流量穩(wěn)定2h后即可分析。其余同①條。

    (8)結(jié)束檢驗時，先切斷轉(zhuǎn)化器的電源，接著停二氧化硫，保持通空氣至爐溫降至接近室溫，停空氣。拆下轉(zhuǎn)化器，將填料與催化劑分開。

    連續(xù)做3次試驗后，轉(zhuǎn)化器與填料需用熱水清洗，除去酸腐蝕物，烘干后備用。(9)-氧化硫濃度的分析方法和二氧化硫轉(zhuǎn)化率的計算

    ①分析原理如下：

    SO₂+2H₂04＋I₂=H₂S0₄＋2HI

    ②二氧化硫濃度的分析吸取l0ml濃度c(1/2I₂)=0．100mol／L的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液(按GB 601配制與標(biāo)定)于試管中，加淀粉溶液(0．5％)lml，加水至試管2／3處，溶液呈深藍(lán)色。將試管接在帶有毛細(xì)管的橡皮塞上，確認(rèn)不漏氣時，調(diào)節(jié)氣體量管中的封閉液，使液面升至刻度“0”處。打開尾氣分析旋塞，使尾氣通入試管，控翩氣體流速不宜過快，等試管中溶液呈微藍(lán)色時為終點.停止通氣，讀取氣體量管巾盼圾余氣體體積(m1)，記下當(dāng)時的室溫和大氣壓,然后按式(1)計算二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)X。

(1)

式中    1．095——與1．000ml碘標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)模瑯?biāo)準(zhǔn)狀下的二氧化硫體積，ml；

        10——所取碘標(biāo)準(zhǔn)液體積，ml；

        V——吸余氣體體積，ml；

        t——分析時室溫，℃；

        P——分析時實際大氣壓，Pa；

        PH₂O——分析時室溫下的水蒸氣分壓，Pa；

        P₀——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，Pa。

    分析進(jìn)出口氣體中二氧化硫體積分?jǐn)?shù)后，按式(2)計算二氧化硫轉(zhuǎn)化率

(2)

式中    C——二氧化硫轉(zhuǎn)化率，％；

        a——轉(zhuǎn)化器進(jìn)口氣體中二氧化硫體積分?jǐn)?shù)；

        b——轉(zhuǎn)化器出口氣體中二氧化硫體積分?jǐn)?shù)。

    注：

    本方法參照標(biāo)準(zhǔn)HG 2089—1991。適用于二氧化硫氧化為三氧化硫工藝。