S + O2 → SO2 + 297,322 kJ/mol
Đây là phản ứng tỏa nhiệt, giảm thể tích do đó để tang lượng SO2 tạo ra ta có thể:
• Tăng lượng Oxi trong không khí vào lò đốt.
• Giảm nhiệt độ.
Tuy nhiên,nếu tăng quá nhiều lượng Oxi thì nồng độ SO2 sẽ giảm do hỗn hợp ra lò đốt còn quá nhiều không khí.
Ta phải duy trì nhiệt độ lưu huỳnh nóng chảy ở 1400C vì ở nhiệt độ này lưu huỳnh có độ nhớt thấp. Để tránh đóng rắn lưu huỳnh (t0 = 119.30C) làm tắc ống bét phun ta phải gia nhiệt cho lưu huỳnh bằng hơi nước. Để tránh tạo mù axit ở các công đoạn sau ta phải sấy khô không khí trước khi đưa vào lò đốt. Lượng hơi nước trong không khí khô không quá 0.01% thể tích.
Có thể xảy ra hiện tượng lưu huỳnh thăng hoa do lưu huỳnh chưa cháy hết, khi làm nguội khí chứa lưu huỳnh thì lưu huỳnh sẽ đóng rắn lại gây tắc thiết bị hay ống dẫn. Nguyên nhân dẫn đến tình trạnh này là do thiếu không khí hay nhiệt độ cháy quá tấp và thường xảy ra khi khởi động hay dừng xưởng. Để tránh tình trạng này người ta thường tiến hành đốt dầu DO trước khi phun lưu huỳnh vào đốt, nhằm sấy hệ thống tạo độ đồng đều trong hệ thống đồng thời tránh sự nóng cục bộ khi đốt lưu huỳnh (do lưu huỳnh cháy tỏa nhiệt rất mạnh). Nếu khi đốt lưu huỳnh có màu vàng sang thì lưu huỳnh cháy hoàn toàn còn có màu da cam hay nâu là lưu huỳnh chưa cháy hết.
4.1.2.Quá trình oxi hóa SO2 thành SO3.
Phản ứng oxi hóa SO2: SO2 + O2 → SO3 + Q
Đây là phản ứng tỏa nhiệt(thay đổi theo nhiệt độ) và giảm thể tích do đó để tang lượng SO3 tạo ra ta có thể: làm tăng áp suất và giảm nhiệt độ dẫn đến mức chuyển hóa cân bằng tang.
Cơ chế của quá trình oxi hóa SO2 gồm 7 giai đoạn sau: - SO2 và O2 từ pha khí chuyển tới bề mặt ngoài xúc tác. - SO2 và O2 thấm vào lỗ xốp xúc tác.
- Hấp thụ SO2 và O2.
- SO2 phản ứng trên mặt xúc tác. - Nhả SO3.
- Từ lỗ xốp SO3 chuyển ra mặt ngoài tiếp xúc. - SO3 chuyển vào pha khí.
Trong điều kiện sản xuất, tốc độ oxi hóa có ý nghĩa rất lớn vì nó quyết định lượng SO2 oxi hóa được trong một đơn vị thời gian, trên một đơn vị thể tích xúc tác và do đó quyết định lượng xúc tác cần dung, lích thước tháp chuyển hóa, các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật khác…
Tốc độ phản ứng oxi hóa SO2 được đặc trưng bằng hằng số tốc độ: k = k0.exp(-E/RT)
Trong đó:
k0: Hệ số thực nghiệm đặc trưng cho chất xúc tác, không phụ thuộc nhiệt độ.
E: Năng lượng hoạt hóa của phản ứng (J/mol).
E/RT: biểu thị phần phân tử có năng lượng lớn hơn hoặc bằng E, tức là phần va chạm có hiệu quả dẫn đến việc tạo thành SO3.
Khi tăng nhiệt độ và giảm năng lượng hoạt hóa thì hằng số tốc độ tăng. Phản ứng oxy hóa SO2 trong hệ đồng thể không xúc tác có năng lượng hoạt hóa rất lớn (khoảng 120kJ/mol). Vì vậy tốc độ phản ứng vô cùng chậm
có thể xem như phản ứng không xảy ra ngay cả ở nhiệt độ cao. Sở dĩ khi không có xúc tác, phản ứng oxy hóa SO2 có năng lượng hoạt hóa lớn là vì phải tiêu tốn năng lượng để phá vỡ lien kết giữa các nguyên tử trong phân tử oxy, sau đó nguyên tử oxy mới tham gia phản ứng với SO2:
SO2 + O2 = SO3 + O (-148kJ/mol)
Khi có mặt chất xúc tác rắn (quá trình oxy hóa dị thể), năng lượng hoạt hóa giảm và do đó tốc độ phản ứng tăng lên rất nhiều. Có rất nhiều chất có khả năng xúc tác cho phản ứng oxy hóa SO2.