以活性炭为催化剂处理制浆白液氧化反应

    以活性炭为催化剂处理制浆白液氧化反应
    把牛皮纸浆煮白液的硫化钠氧化成多硫化合物的白液氧化工艺中，使用活性炭作为催化剂，这种白液氧化工艺已在日本的7座工厂进行了工业性应用，获得了很好的应用效果。
    多硫化合物是白液中氧化羰基的有代表性的化合物之一，在白液中以多硫化钠（Na2Sx，x=2~5）的形态存在。
    白液氧化工艺是把白液中的硫化钠氧化成多硫化合物的工艺，白液用过滤器除去所含有的以碳酸钙为主要成分的悬浊固体物质以后，进入反应器中，用活性炭作催化剂（以下简称催化剂），由空气进行氧化，生成多硫化合物。反应以后，在反应器下部进行气液分离，多硫化合物蒸煮液经缓冲槽供给蒸煮工艺。另一方面，空气用除雾器除去碱雾以后，排入大气中。含有多硫化合物的蒸煮液呈赤橙色，因此也叫做橙液。
    硫化钠的氧化反应为伴有电子得失的逐级反应：
          Na₂S→Na₂Sx（x=2）→Na₂S₂O₃    （1）
          4Na₂S+O₂+2H₂O→2Na₂S₂+4NaOH    （2）
          2Na₂S₂+3O₂→2Na₂S₂O₃           （3）
    以上反应中，有催化剂存在时，式（2）是主反应；无催化剂存在时，式（3）为主反应，不生成多硫化合物。其反应原理可用气（空气）、液（白液）、固（催化剂）的反应模型表示。
    多硫化合物Na₂Sx以氧化反应中间产物的形态获得。进一步进行氧化时，生成的多硫化合物变成硫代硫酸钠。氧化时，当氧分压高时，由于式子（1）的反应，Na₂Sx的浓度下降。因此，氧化反应用空气作为氧化剂，在常压下以气液并流的方式进行。
    硫化钠的氧化率与各成分浓度之间的关系。为了抑制硫代硫酸钠的生产，提高蒸煮中有效多硫化合物的浓度，必须把硫化钠的氧化率控制在50%~70%之间。氧化率作为液体的空间速度（LHSV）、气液比（G/L）以及反应温度（T）的函数，可以用下式表示：
            氧化率=k（LHSV）（G/L）
    在实际操作中，液体的空间速度与反应温度是由工艺条件决定的。因袭，氧化的控制主要由调节G/L的单位为空气（N㎥）/白液（㎥）。氧化率在LHSV相同时，随着G/L的增加而上升。
    在白液的氧化反应中，活性炭的比表面积、比孔容积、孔径分布等对其催化活性均有影响。在硫化钠氧化反应中，起重要作用的催化剂活性不受活性炭本身所具有的2nm附近的孔隙所支配，而与对反应成分扩散影响较小的10nm以上的比较大的孔隙有密切关系。
    经氧化处理后，过滤器中会有固体悬浊物质附着在催化剂的表面上，白液的氧化率便随着运转时间的增加而逐渐下降。因此，必须对活性炭的催化剂进行再生。为了将氧化率保持在50%~70%范围内，增加空气量以提高G/L时，空气鼓风机的出口压力达到允许值的上限时，用酸溶解附着在催化剂表面上的固体悬浊物质，进行催化剂的再生。
    使用活性炭作为催化剂应注意以下问题。
   （1）反应器的孔蚀
    干燥的活性炭或者处于水中的活性炭没有腐蚀性，但当活性炭与氧气及水共同存在是，则具有腐蚀性。特别是对没有保护膜的软钢，通过电化学腐蚀而产生孔蚀。据报道，其速率可达到6.35mm/年。反应器中有些部分与空气、白液及活性炭接触，处于容易发生孔蚀的状态。因此，反应器的材质应该使用特殊的耐腐蚀材料。
   （2）催化剂的强度
    随着运转时间的延长，催化剂的压溃强度下降至其初始数值的50%~70%时，催化剂开始粉化，催化剂层的压力损失增加，运转变得困难。因此，催化剂应在开始粉化以前进行更换，其间隔期通常为3~4年。

    《以活性炭为催化剂处理制浆白液氧化反应》源自：http://www.hxtcj.cn