AT399333B

AT399333B - Vorrichtung zur herstellung von schwefelsäure

Info

Publication number: AT399333B
Application number: AT0213983A
Authority: AT
Inventors: Frederick William Stanle Jones; Frank Smith
Original assignee: Chemetics Int
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1983-06-10
Publication date: 1995-04-25
Also published as: ZA833731B; JPS593009A; CA1181569A; FR2543938B1; GB2122594A; NZ204186A; US5032373A; FR2543938A1; IT8348479A0; GB8315974D0; IT1170393B; DE3320527C2; GB2122594B; US4543244A; DE3320527A1; ATA213983A; AU570409B2; AU1450383A; BE904295Q

Description

AT 399 333 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Schwefelsäure und insbesondere auf eine Vorrichtung, die aus austenitischem rostfreien Schmiedestahl hergestellt ist.

Einige wichtige Vorgänge bei der Herstellung von Schwefelsäure sind Trocknen, Absorbieren und Kühlen. Bei diesen Vorgängen liegen die Säurekonzentrationen typischerweise in der Größenordnung von 5 93 bis 99,5 % Schwefelsäure. Die Temperatur dieser starken oder konzentrierten Säuren liegt im allgemeinen im Bereich von 40 bis 115'C.

Konzentrierte Schwefelsäure ist gegenüber den meisten Metallen, insbesondere im höheren Temperaturbereich (>100 °C), korrosiv und es ist äußerst erwünscht, daß alle Bestandteile einer Schwefelsäureherstellungsanlage, wie beispielsweise Kontakttürme, Wärmeaustauscher, Rohre, Ventile, Pumpen, Verteiler w und dgl., die mit der Schwefelsäure in Berührung kommen, aus korrosionsbeständigen Materialien bestehen. Derzeit werden solche Systeme aus Gußeisen, Ziegeln, verschiedenen Kunststoffen und nichtmetallischen Materialien sowie aus verschiedenen teuren korrosionsbeständigen Legierungen hergestellt. Diese Materialien sind jedoch nicht völlig zufriedenstellend.

Schwefelsäurewärmeaustauscher, die in einem Säureherstellungssystem die Hauptkosten verursachen, 15 werden derzeit gewöhnlich aus austenitischem rostfreien Stahl der Serie 300 (18 % Cr - 8 % Ni) hergestellt. Die Korrosionsbeständigkeit dieser Stähle beruht auf einem Oxidfilm und sie sind ohne anodischen Schutz nur bei weitaus niedrigeren Temperaturen brauchbar, beispielsweise 55 bis 65 ”C in 98 %iger Säure. Oberhalb dieser Temperatur wird bei Anwesenheit von Turbulenz eine starke Korrosion festgestellt, welche die Anlage in nur einigen Monaten vollständig zerstören kann. Es wurde gefunden, daß mittels eiektroche-20 mischer Bildung des Oxidfilms durch die Verwendung von anodischem Schutz diese Korrosion beträchtlich verringert wird. Die verfügbaren rostfreien Stähle können so bei Säuretemperaturen bis zu 120 bis 125 °C • verwendet werden.

Bei den rostfreien Stählen handelt es sich um eine Reihe von Legierungen auf Basis von Eisen, die im allgemeinen mindestens 12 % Cr enthalten, um Korrosionsbeständigkeit zu verleihen. Der Zusatz von 25 Nickel zu der Eisen/Chrom-Legierung verändert die Kristallstruktur von raumzentriert kubisch in flächenzentriert kubisch. Die dabei entstehende Phase wird als Austenit bezeichnet. Diese Familie von Materialien auf Basis von Fe, Cr und Nickel wird als austenitische rostfreie Schmiedestähle bezeichnet.

Silicium enthaltende Legierungen wurden auch in verdünnten Schwefelsäureumgebungen untersucht. Sie zeigen unannehmbare Korrosionswerte und wurden deshalb auf diesem Gebiet ebenfalls nicht verwen-30 det.

Auf ihrem Hauptanwendungsgebiet wurden die austenitischen rostfreien Stähle, die bis zu 5,3 % Silicium enthalten, erfolgreich bei der Herstellung von konzentrierter Salpetersäure, insbesondere im Bereich von 98 bis 100 % Säure, verwendet, wo die Korrosionsbeständigkeit der klassischen siliciumfreien Sorten zusammenbricht. Hier bewirkt eine Erhöhung des Siliciumgehalts eine verringerte Korrosion, obwohl 35 keine drastischen Wirkungen mit einer Erhöhung des Siliciumgehalts festgestelt werden.

Die Zugabe von Silicium zu austenitischen rostfreien Stählen hat einen beträchtlichen Einfluß auf die Struktur der erhaltenen Legierung und erfordert Änderungen in den Gehalten anderer Legierungselemente, wie z.B. Nickel, welche erhöht werden müssen, um die austenitische Natur der Legierung aufrechtzuerhalten. Zusätzlich werden die Bearbeitbarkeit und die Herstellung des Materials durch eine Erhöhung des 40 Siliciumgehalts erschwert, wodurch Legierungen mit hohem Siliciumgehalt im Vergleich zu solchen mit niedrigem Siliciumgehalt teuer sind. Bis zu dem klassischen Wert von 4 % Silicium war die Verbesserung im Verhalten in einigen Salpetersäureumgebungen ausreichend, um die zusätzlichen Kosten zu rechtfertigen, aber die gleichen Ergebnisse konnten bei konzentrierter Schwefelsäure nicht gefunden werden.

Es wurde nunmehr überraschenderweise gefunden, daß austenitische rostfreie Schmiedestähle mit 45 einem verhältnismäßig hohen Siliciumgehalt eine viel höhere Korrosionsbeständigkeit gegenüber heißer konzentrierter Schwefelsäure aufweisen als die üblichen austenitischen rostfreien Stähle, wie z.B. die rostfreien Stähle 304 und 316 mit von American Iran and Steel Institute festgelegter Standardzusammensetzung (nämlich 18-20 % Cr, 8-10,5 % Ni, 0,08 % C, 1,0 % Si, 2,0 % Mn, Rest Eisen, für "304" bzw. 16-18 % Cr, 10-14 % Ni, 2,0-3,0 % Mo, 0,08 % C, 1,0 % Si, 2,0 % Mn, Rest Eisen, für "316"), oder die üblichen so siliciumhaltigen Sorten mit bis zu 4 % Si-Gehalt. Darüberhinaus sind diese rostfreien Stähle mit hohem Siliciumgehalt auch für anodischen Schutz geeignet, was im Gegensatz zu den oben beschriebenen höher legierten austenitischen Stählen mit höheren Chrom-, Nickel- oder Molybdängehalten steht.

Es wurde weiterhin gefunden, daß konzentrierte Schwefelsäure bei viel höheren Temperaturen als bisher bei einer akzeptablen Korrosion hergestellt werden kann. 55 Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Schwefelsäure durch das Kontaktverfahren der Art, welche mindestens eine Kontakteinheit für Gas/konzentrierte Schwefelsäure und einen Schwefelsäurewärmeaustauscher aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kontakteinheit und/oder der Wärmeaustauscher vollständig oder teilweise aus austenitischem Schmiedestahl mit 4,6- 2

AT 399 333 B 5,8 % Siliciumgehalt bestehen.

Mit dem Ausdruck "Kontakteinheit für Gas/konzentrierte Schwefelsäure" ist ein Schwefelsäuretrocknungsturm, in dem das in der Luft und in dem im Kontaktverfahren verwendeten Schwefeldioxid vorhandene Wasser entfernt wird, und/oder ein Schwefelsäureabsorptionsturm, in welchem Schwefeltrioxid in konzentrierter Schwefelsäure absorbiert wird, gemeint.

Die Trocknungstürme und die Absorptionstürme sind im ällgemeinen mit Säureverteilem und Nebelabscheidern ausgerüstet. Bei einigen Kontaktverfahrensanlagen, nämlich den sogenannten "Naßverfahrensanlagen" wird kein Trocknungsturm verwendet.

Eine typische Kontaktverfahrensanlage besitzt nicht nur einen oder mehrere Trocknungstürme, Absorptionstürme und einen Wärmeaustauscher, sondern benötigt auch ein Säurezirkulationssystem, das Pumpenbehälter oder -reservoirs, Säurepumpen und ein Rohr- und Ventilsystem umfaßt. Bei solchen bekannten Systemen wird der Pumpenbehälter typischerweise aus Kohlenstoffstahl hergestellt und mit einer säurebeständigen Ziegelauskleidung versehen, um die Korrosion durch die heiße Säure zu verringern. Die Pumpe besteht im allgemeinen aus einer teuren korrosionsbeständigen Legierung, während die Säureverteiler und das Rohr- und Ventilsystem aus Gußeisen und der Nebelabscheider aus einem Rahmenwerk aus rostfreiem Stahl mit Glasfaserelementen besteht. Es wurde jedoch nunmehr gefunden, daß ein solches System, wenn es aus einem austenitischen Schmiedestahl mit einem verhältnismäßig hohen Siliciumgehalt hergestellt wird, eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Da außerdem die Nebelabscheider im allgemeinen die Form von Kissen, Kerzen oder Paneelen aufweisen, erlaubt die Verwendung eines austenitischen Schmiedestahls mit hohem Siliciumgehalt die Verwendung leichter Nebelabscheider und höherer Temperaturen in den Türmen.

Die in der Technik üblichen Verteiler bestehen im allgemeinen aus schwerwandigen gußeisernen Rohrabschnitten mit Flanschen, Bolzenverbindungen und Schraubenendkappen, wobei die Rohre Öffnungen aufweisen, die mit Polytetrafluorethylenstutzen ausgerüstet sind, um die Säurekorrosion an den Öffnungen zu verringern. Ein Verteiler, der aus austenitischem Stahl mit hohem Siliciumgehalt hergestellt ist, stellt eine verschweißte Alternative mit oder ohne PTFE-Stutzeneinsätzen dar. Dies erlaubt eine einfachere und leichtere Konstruktion und eine höhere Betriebstemperatur.

Die Erfindung betrifft deshalb weiters eine Vorrichtung zur Herstellung von Schwefelsäure durch das Kontaktverfahren, welches (a) mindestens eine Kontakteinheit für Gas/konzentrierte Schwefelsäure; (b) einen Nebelabscheider in der Kontakteinheit; (c) einen Säureverteiler in der Kontakteinheit; (d) einen Schwefelsäurewärmeaustauscher und ein Säurezirkulationssystem, durch welches Säure zur

Kontakteinheit und zum Wärmeaustauscher zirkuliert wird und welches (e) einen Pumpenbehälter; (f) eine Säurepumpe und (g) ein Säurerohr- und Ventilsystem aufweist; umfaßt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß einer oder mehrere der Bestandteile (a) bis (g) vollständig oder teilweise aus einem austenitischen Schmiedestahl mit 4,6 bis 5,8 % Siliciumgehalt bestehen.

Vorzugsweise bestehen alle Bestandteile (a) bis (g) aus diesem austenitischen Schmiedestahl. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform dieser Vorrichtung sind einer oder mehrere der Bestandteile (d) bis (g) mit einer anodischen Schutzeinrichtung versehen. Insbesondere sind alle Bestandteile (d) bis (g) mit einer anodischen Schutzeinrichtung versehen.

Einzelne Bestandteile einer Schwefelsäureherstellungsanlage, nämlich Trocknungsturm, Absorptionsturm, Nebelabscheider für den Trocknungsturm oder Absorptionsturm, Säureverteiler für den Trocknungsturm oder Absorptionsturm, Wärmeaustauscher, Schwefelsäurepumpenbehälter, Schwefelsäurepumpe und Schwefelsäurerohrund Ventilsystem, bestehen somit jeweils aus austenitischem Schmiedestahl mit einem

Gehalt von 4,6 bis 5,8 % Silicium.

Wie bereits erwähnt, bezieht sich der hier verwendete Ausdruck "austenitischer schmiedestahl" auf einen Stahl, der Fe, Ni und Cr in solchen Verhältnissen enthält, daß der Stahl einen austenitischen Zustand aufweist. Insbesondere enthält der austenitische Schmiedestahl zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung Fe, Cr, Ni und Si. Es sei bemerkt, daß der austenitische Schmiedestahl für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung auch andere Elemente enthalten kann, wie z.B. Mn, um die austenitische Struktur zu stabilisieren, und andere Legierungselemente, ohne daß ihre Verwendbarkeit für die vorliegende Erfindung beeinträchtigt wird.

Es ist nicht notwendig, daß die Gesamtheit jedes einzelnen Bestandteiles aus austenitischem Schmiedestahl besteht, um gemäß der Erfindung verwendet werden zu können. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß es äußerst erwünscht ist, daß alle diejenigen Teile der Bestandteile, die mit Schwefelsäure, 3

AT 399 333 B insbesondere heißer konzentrierter Schwefelsäure, in flüssiger oder in Dampfform in Berührung kommen, aus einem solchen austenitischen Schmiedestahl hergestellt sein sollen. Deshalb betrifft die Erfindung Bestandteile, die vollständig oder teilweise aus einem solchen austenitischen Schmiedestahl bestehen.

Vorzugsweise enthält der austenitische Schmiedestahl für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung 5,0 bis 5,6 % Si. Insbesondere weist er die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Fe, auf.

Wie bereits angedeutet, wurde gefunden, daß konzentrierte Schwefelsäure bei viel höheren Temperaturen hergestellt werden kann, als dies bisher bei akzeptablen Korrosionsraten der Fall war. So kann die Absorption bei einer Temperatur von 120 bis 180°C ohne übermäßige Korrosion durchgeführt werden, was herkömmlichen Temperaturen von 60 bis 120 *C gegenübersteht.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Konzentrieren von Schwefelsäure.

Schwefelsäure wird normalerweise durch Abdampfen von Wasser konzentriert. Ein Verfahren besteht darin, direkt durch Verteuerung von Öl erzeugte Wärme einem Konzentrierungsbehälter zuzuführen, der die Form eines Gußeisenbehälters aufweist, welcher die Säure enthält und mit einem siliciumhaltigen Gußeisenrührer versehen ist. Säure wird dem Behälter von einer gepackten Kolonne zugeführt. Wenn sie konzentriert ist, fließt sie durch Säurekühler zu Lager- oder Pumpenbehältern. Die Charge ist typischerweise eine 70 %ige Säure, die verunreinigt ist, welche auf ungefähr 96 % konzentriert wird. Die normale Betriebstemperatur beträgt etwa 290 °C für die Säure, was Behälterwandungstemperaturen in der Größenordnung von 350 *C und darüber bedeuten kann, je nach dem Heizverfahren. Der Hauptnachteil eines solchen Konzentratorsystems ist die Korrosion und die Rißbildung des Behälters. Ein anodischer Schutz wird gegebenenfalls angewendet, um die Lebensdauer des Behälters zu verlängern.

Ein anderes System, das zum Konzentrieren von Säure verwendet wird, ist die Verwendung eines Konzentrierungsbehälters in Form einer Trommel, die aus mit Blei ausgekleidetem Flußstahl besteht, der eine innere Ziegelauskieidung aufweist. Die Konzentrierung wird durch einen Gegenstromkontakt mit einem heißen Gas bei einer Temperatur von 600 bis 675 *C ausgeführt, welches über und in die Säure geführt wird. Die Säurecharge besteht üblicherweise aus 70 % Säure. Sie verläßt die Trommel mit einem Gehalt von 93 % Säure und einer Temperatur von 230 *C. Das heiße Säureprodukt wird im allgemeinen dazu verwendet, die zuströmende Säure mit Hilfe eines Tantal Wärmeaustauschers zu erhitzen. Der aus einer Trommel bestehende Konzentrierungsbehälter ist im allgemeinen zufriedenstellend, aber er ist teuer und unterliegt einer Erosion/Korrosion der Ziegel. Er ist im allgemeinen wenig effizient und kann mit verunreinigten Gasabströmen Schwierigkeiten verursachen.

Es wird auch noch ein anderes Schwefelsäurekonzentrierungsverfahren verwendet, bei dem das Sieden dadurch ausgeführt wird, daß man ein Heizelement, das typischerweise Tantalboilerrohre enthält, innerhalb des Konzentrierungsbehälters, der zum Sieden der Flüssigkeit verwendet wird, anordnet. Es wurde gefunden, daß Schwefelsäure mit einer Temperatur über 190 'C Tantal üblicherweise angreift. Deshalb muß die Schwefelsäure bei einer solchen Temperatur konzentriert werden, daß die Oberflächentemperatur der Tantal rohre weniger als 190*C beträgt. Diese Temperaturbeschränkung erfordert eine beträchtliche Verringerung des Drucks im Verdampfer. Wegen des verringerten Drucks im Verdampfer wird ein kompliziertes Vakuumsystem verwendet, um das von der Säure verdampfende Wasser zu kondensieren. Das Vakuumsystem weist üblicherweise einen Dampfstrahlsauger auf, um den Druck ausreichend zu erhöhen, damit der Wasserdampf kondensiert wird. Die Kapital- und Dampferzeugungskosten des Vakuumsystems und der Tantalerhitzungsrohre sind hoch, und zwar insbesondere bei Anlagen, die zur Herstellung von höher konzentrierter Säure als 96-%iger Schwefelsäure verwendet werden.

Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zum Konzentrieren von Schwefelsäure in einem Konzentrator vorzusehen, damit eine verringerte Wartung aufgrund von Korrosionsproblemen erreicht wird, und daß höhere Betriebstemperaturen als bisher verwendet werden können, um eine höher konzentrierte Säure herzustellen. Demgemäß betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Konzentrieren von Schwefelsäure einer Konzentration von 90 %, die einen Konzentrierungsbehälter aufweist, wobei dieser Behälter vollständig oder teilweise aus austenitischem Schmiedestahl mit einem Siliciumgehalt von 4,6 bis 5,8 % besteht.

Mit ''Konzentrierungsbehälter" ist ein Topf, eine Trommel, ein Vakuumeindampfungsbehälter oder dgl. gemeint, worin Schwefelsäure entweder direkt oder indirekt durch eine direkte Flamme, durch eine dampfbeheizte Heizschlange oder einen dampfbeheizten Mantel oder auf elektrischem Wege, durch einen Wärmeaustauscher oder mittels einer Thermosyphonschleife erhitzt wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in Säurekonzentrierungssystemen verwendbar ist, bei denen die zugeführte Säure <85 % Konzentration, typischerweise 70 % Konzentration aufweist, wobei eine Vorkonzentrierung auf 85 % Konzentration, vorzugsweise 90 % Konzentration, durchgeführt wird, bevor sie mit dem austenitischen Schmiedestahl des Konzentrationsbehälters in Berüh- 4

AT 399 333 B rung kommt.

Die Schwefelsäurecharge wird im allgemeinen im Säurekonzentrierungssystem vorerhitzt. Vorzugsweise enthält der austenitische Schmiedestahl 5,0 bis 5,6 % Si. Insbesondere hat der austenitische Schmiedestahl die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, der Rest im wesentlichen Eisen.

Die Vorrichtung kann gegebenenfalls mit einer anodischen Schutzeinrichtung und einer Luftabzugseinrichtung ausgerüstet sein.

Die erfindungsgemäße Konzentrierungsvorrichtung findet auch Anwendung bei der destruktiven Erhitzung organischer Stoffe in Schwefelsäureabfallflüssigkeiten, die mit organischen Stoffen verunreinigt sind, wobei die Korrosion des Konzentrierungsbehälters ein Problem darstellt, wie oben beschrieben wurde.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure durch das Kontaktverfahren, wie es gemäß dem Stand der Technik bekannt ist und welches gemäß der Erfindung modifiziert ist;

Fig. 2 schematisch einen Wärmeaustauscher für die Verwendung bei der Herstellung von Schwefelsäure, wie er gemäß dem Stand der Technik bekannt ist und welcher gemäß der Erfindung modifiziert ist;

Fig. 3 schematisch einen Wärmeaustauscher mit einem anodischen Schutzsystem, wie er gemäß dem Stand der Technik bekannt ist und welcher gemäß der Erfindung modifiziert ist;

Fig. 4 einen Schnitt an der Linie 2-2 von Fig. 3;

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch einen herkömmlichen Trocknungsturm zur Verwendung in der Schwefelsäureanlage von Fig. 1;

Fig. 6 den Trocknungsturm von Fig. 5, der gemäß der Erfindung modiziert ist;

Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch einen herkömmlichen Absorptionsturm für die Verwendung in der Schwefelsäureanlage von Fig. 1 ;

Fig. 8 den Absorptionsturm von Fig. 7, der gemäß der Erfindung modifiziert ist; und Fig. 9 eine schematische Ansicht eines Teils eines typischen bekannten Schwefelsäurekonzentrierungssystems, wie es gemäß dem Stand der Technik bekannt ist und welches gemäß der Erfindung modifiziert ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist als Kontakteinheiten für Gas/konzentrierte Schwefelsäure drei Türme, nämlich einen Trocknungsturm 10, einen Zwischenabsorptionsturm 11 und einen Endabsorptionsturm 12, auf. Jeder dieser Türme besitzt einen Gaseinlaß A am Boden an der Unterseite und einen Gasauslaß B an der Oberseite. Jeder Turm besitzt einen Säureeinlaß P an der Oberseite und einen säureauslaß Q an der Unterseite. Jeder dieser Türme besteht aus Flußstahl und ist mit säurebeständigen Ziegein C ausgekleidet. Im oberen Teil eines jeden Turms befindet sich ein Gußeisensäureverteiler D, über dem sich ein Nebelabscheider E befindet, der aus Glasfasern besteht, die sich in einem Rahmen aus rostfreiem Stahl befinden. Jeder Turm ist mit einer keramischen Packung F gefüllt, die von einem keramischen Träger S getragen wird und durch die Gas oder Luft und Säure perkulieren, so daß ein vollständiger und inniger Kontakt zwischen diesen gewährleistet ist. In der Zeichnung sind außerdem drei anodisch geschützte Schwefelsäurewärmeaustauscher G aus rostfreiem Stahl gezeigt, in denen Wärme auf Kühiwasser übertragen wird.

Die Zeichnung zeigt außerdem ein Säurezirkulationssystem, das Pumpenbehälter oder -reservoirs H, Zirkulationspumpen J und ein Rohr- und Ventilsystem K umfaßt.

Die Säureauslässe 10Q, 11Q und 12Q führen zu Pumpenbehäitern 10H, 11H bzw. 12H, welche aus Flußstahl mit einer säurebeständigen Ziegelauskieidung bestehen. Pumpen 10J, 11J und 12J sind aus einer teuren korrosionsbeständigen Legierung und Gußeisen hergestellt und zirkulieren die Säure von den Behältern 10H, 11H und 12H durch Wärmeaustauscher 10G, 11G und 12G zu den Türmen 10, 11 und 12, und zwar durch ein Gußeisenrohr- und -ventilsystem 10K, 11K und 12K. Das Rohr- und Ventilsystem umfaßt weiterhin Wasserzugabeströme L, welche den für die Säurebildung erforderlichen Wasserbedarf decken, und Säureüberführungsleitungen M.

Das Zirkulationssystem der Vorrichtung für das Verfahrensgas ist von üblicher Art. Luft betritt den Trocknungsturm 10 durch den Einlaß 10A und wird durch Kontakt mit einem Gegenstrom heißer konzentrierter Schwefelsäure getrocknet, weiche den Turm durch den Einlaß 10P betritt und über die Packung 10F durch den Verteiler 10D verteilt wird. Die getrocknete Luft verläßt den Turm über den Auslaß 10B, und die Schwefelsäure verläßt den Turm über den Auslaß 10Q. Nebel, der in der getrockneten Luft mitgeführt wird, wird durch den Nebelabscheider 10E entfernt. Schwefel wird mit trockener Luft in einem Schwefelbrenner (nicht gezeigt) verbrannt, um Schwefeldioxid herzustellen. Das Verfahrensgas, welches nunmehr aus einem Gemisch von Luft und Schwefeldioxid besteht, strömt dann durch einen katalytischen Konverter (nicht gezeigt), in weichem der Hauptteil des Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid überführt wird. Das Verfahrensgas, das nunmehr mit SO3 und nicht umgewandeltem SO2 beladen ist, betritt den Zwischenabsorptionsturm 5

AT 399 333 B 11 durch den Einlaß 11A. Das SO3 wird aus diesem Zwischengasstrom durch Gegenstromkontakt in der Packung 11F mit einem Strom aus konzentrierter Schwefelsäure absorbiert, wobei letztere den Turm über das System 11K und den Einlaß 11P betritt und darin durch den Verteiler 11D verteilt wird. Das absorbierte SO3 strömt durch den Auslaß 11Q aus und reagiert mit Wasser, das von 11L in den Behälter 11H 5 eingespritzt wird, wobei Schwefelsäure entsteht. Das Restgas tritt durch den Auslaß 11B aus, wobei im wesentlichen das gesamte SO3 in die Säure gegangen ist. Das Abgas aus dem Zwischenabsorber strömt dann durch einen zweiten katalytischen Konverter (nicht gezeigt), in welchem nahezu die Gesamtmenge des vorhandenen SO2 in SO3 überführt wird. Das Abgas aus dem zweiten Konverter betritt dann den letzten Absorptionsturm 12, in welchem die letzten Reste SO3 durch die im Turm 12 zirkulierende Säure absorbiert 10 werden und mit Wasser reagieren, das in den Behälter 12H aus der Leitung 12L eingespritzt wird, wobei Schwefelsäure entsteht. Das Gas wird abschließend durch einen Kamin (nicht gezeigt) zur Atmosphäre abgelassen.

Wie bereits erwähnt, werden die Säurekonzentrationen und -gehalte im System in den Behältern H durch die Wasserzugabepunkte L und die Übertragungsleitungen M geregelt, daß richtige Säurekonzentra-15 tionen und -gehalte für eine gute Absorption und Trocknung sichergestellt werden.

Beim Trocknungsvorgang ist es übliche Praxis, Trocknungssäurekonzentrationen zwischen 93 % und 98 % zu verwenden, und zwar bei Eintrittstemperaturen von ungefähr 50 "C für die 93 %ige Säure und bis zu 80*C für die 98 %ige Säure. Die Temperatur wird dabei durch den Dampfdruck der Säure festgelegt. Die höchstmöglichen Temperaturen für die Säure, welchen den Trocknungsturm verläßt, sind durch die 20 Korrosivität der Säure für die Vorrichtung einerseits und die Notwendigkeit, daß ein ausreichender Säurefluß für eine richtige Wechselwirkung von Gas und konzentrierter Schwefelsäure besteht, andererseits gegeben. Typische maximale Säuretemperaturen liegen im Bereich von 70’C für 93 %-ige Säure bis 90 bis 95 *C für 98 %ige Säure. Unter diesen Trocknungsturmbedingungen beträgt die Lebensdauer der Anlage üblicherweise fünf Jahre. Die Säurekonzentration des Produkts, das aus dem Pumpenbehälter 10H über die 25 Produktleitung 10M entnommen wird, ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige der Trocknungssäure, d.h. 93 bis 98 %.

In den Absorptionstürmen wird 97,5 bis 99,5 %ige Säure verwendet, wobei der Gesamtdampfdruck über der Säure am geringsten ist. Die Säuretemperaturen liegen im Bereich von 50 bis 85 *C für die Türme betretende Säure und bis zu 120*C für die Türme verlassende Säure. Durch Berieselung wird in den 30 Türmen normalerweise der Temperaturanstieg im Absorptionssystem auf 35 *C oder weniger beschränkt, und zwar insbesondere im Zwischenabsorber. Unter diesen Bedingungen ist die Korrosion von Gußeisen mäßig, weshalb eine brauchbare Lebensdauer der Vorrichtung erreichbar ist.

Die Rohr- und Ventilsysteme, die Verteiler und die Säurekühier/Wätmeaustauscher sind alle auf Säureturbulenz und -geschwindigkeit empfindlich. Deshalb werden die Geschwindigkeiten normalerweise 35 unter 1,4 m/s gehalten. Außerdem werden an allen Punkten einer hohen Geschwindigkeit oder Turbulenz, wie beispielsweise bei den Ventilen, Öffnungen, Pumpenrädern und dgl., normalerweise teurere Materialien verwendet, wie z.B. Fluorkohlenstoffpolymere, beispielsweise Polytetrafluorethylen, hochlegierte Legierungen, wie z.B. eine kommerzielle Ni-Mo-Fe-Cr-Legierung (ungefähre Zusammensetzung: 50 % Ni, 17 % Mo, 5 % Fe, 14 % Cr, 5 % W, 0,1 % C) oder eine Lewis-Metailegierung bestehend aus 33 % N, 16 % Fe, 32 % 40 Cr, 4 % Mo, 3 % Cu, 3,5 % Si, 3 % Mn, 6 % Co und maximal 0,1 % C, oder ein keramisches Material, die alle die Vorrichtung verkomplizieren und die Kosten wesentlich erhöhen.

Fig. 1 ist auch ein Fließbild einer gemäß der Erfindung modifizierten Säureanlage, wobei der Trocknungsturm 10, die Absorptionstürme 11 und 12, die Säureverteiler D, die Nebelabscheider E, die Wärmeaustauscher G, die Pumpenbehälter H, die Zirkulationspumpen J und die Rohr- und Ventilsysteme K aus 45 austenitischem rostfreien schmiedestahl mit verhältnismäßig hohem Siliciumgehalt bestehen, welcher die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest Eisen, besitzt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ermöglicht die Verwendung dieses austenitischen Schmiedestahls mit verhältnismäßig hohem Siliciumgehalt für das Rohr- und Ventilsystem wegen der höheren Korrosionsbeständigkeit die Verwendung von sowohl Rohren mit kleinerem Durchmesser (die in höheren Fließgeschwindig-50 keiten resultieren) als auch Rohren mit einer geringeren Wanddicke. Auch sind die Wärmeaustauscher oder Kühler G nicht mit anodischen Schutzeinrichtungen versehen, da es das Arbeiten bei den oben erwähnten üblichen Temperaturen ermöglicht, anodischen Schutz wegzulassen. Dies ergibt eine weitere Vereinfachung der Anlage. Bei einer Alternative gestattet die Korrosionsbeständigkeit des austenitischen Schmiedestahls eine Erhöhung der Betriebstemperatur auf 130“C mit akzeptablen Korrosionsraten, was über den Grenz-55 werten für bekannte Rohr-, Ventil- und andere Einrichtungen liegt.

Die folgende Tabelle I zeigt die Korrosionswirkung von Schwefelsäure verschiedener Konzentrationen bei verschiedenen Temperaturen auf herkömmliche Materialien und auf A611 (Zusammensetzung siehe Tabelle I), das bevorzugt verwendete Material bei Durchführung der Erfindung. Die Materialien waren nicht 6

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Andere spezielle austenitische Schmiedestähle für die Verwendung bei Durchführung der Erfindung haben die Zusammensetzung 17,97 % Cr, 17,15 % Ni, 5,09 % Si, 0,74 % Mn, 0,013 % C, Rest im wesentlichen Eisen, und 17,5 % Cr, 17,8 % Ni, 5,55 % Si, 0,74 % Mn, 0,013 % C, Rest im wesentlichen Eisen.

TABELLE I

Temperatur ”C Korrosionsrate, um/Jahr in 98,2 %iger Schwefelsäure A611* 316L” Gußeisen 63 - - 1016 100 - - 1524-1778 105 21,3 1625,6 - 115 111,8 2565,4 - 125 101,6 3733,8 - 135 812,8 - - 145 1625,6 - - in 93,5 %iger Schwefelsäure 85 254 4140,2 - * 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Fe. Spezifikation 17,5 ± 0,5 % Cr, 17,5 ± 0,5 % Ni, 5,3 ± 0,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Fe. " ein herkömmlicher austenitischer rostfreier Stahl der Zusammensetzung 18 % Cr, 10 % Ni, 3 % Mo, <0,2 % Si, <0,03 % C, Rest Eisen.

Korrosionsuntersuchungen mit 70 %iger Schwefelsäure zeigen, daß bei 50 · C A611 eine hohe Korrosionsrate hatte, die unter den gleichen Testbedingungen sogar höher war als bei 316L.

Die obigen Resultate zeigen, recht unerwartet, die sehr günstige Korrosionsbeständigkeit auf konzentrierte Schwefelsäure von A611 im Vergleich mit Güßeisen und 316L. Dies steht im Gegensatz zu Ergebnissen, die mit weniger konzentrierter Säure für A611 und 316L erreicht werden.

Tabelle II zeigt vergleichend den Korrosionseffekt von Schwefelsäure verschiedener Konzentration bei verschiedenen Temperaturen auf A611 in einem polarisierten Korrosionstest, d.h. also bei einem solchen, bei dem ein simulierter anodischer Schutz mit einem stetigen Potential während langer Zeit durchgeführt wird. Die Korrosionsraten hängen von dem während des Tests angewandten Potential ab. Die erhaltenen Resultate gelten für Potentialwerte, die in einem vernünftigen Arbeitsbereich für anodischen Schutz stehen, d.h. -100mV bis + 200mV.

TABELLE II

Konzentration der Schwefelsäure, % Temperatur, *C Korrosionsrate, um/Jahr 98,5 100 19,6 II 274 144,8 98,2 115 6,6 93,5 65 1,3 tf 75 5,1 II 85 29,2 rr 95 23,1 II 200 1143

Tabelle II zeigt die günstige Wirkung durch den anodischen Schutz von A611, welches in Kontakt mit konzentrierter Schwefelsäure verwendet wird. 7

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Deshalb wird nun anhand von Fig. 1 eine bevorzugtere Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der sich Vorteile hinsichtlich einer verbesserten Energierückgewinnung ergeben.

Die Bestandteile der Anlage sind aus dem austenitischen rostfreien Schmiedestahl mit hohem Siliciumgehalt der Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest Eisen, hergestellt, wobei 5 nunmehr die Wärmeaustauscher 11G und 12G, die Pumpenbehälter 11 Η, 12H und alle Rohre und Ventile zwischen den Türmen 11 und 12 und den Wärmeaustauschern 11G und 12G mit einer anodischen Schutzeinrichtung (nicht gezeigt) ausgerüstet sind. Wegen der Schwierigkeit, einen anodischen Schutz in den Absorptionstürmen 11 und 12 zu erzielen und wegen der hohen Temperaturen, die in den unteren Teilen dieser Türme auftreten, sind die inneren unteren Teile mit Ziegeln ausgekleidet. io Bei dieser Ausführungsform wird die Lufttrocknung im Trocknungsturm 10 ausgeführt, um ein geeignetes Trocknen bei Temperaturen im oberen Bereich des vorstehend beschriebenen Bereiches zu erreichen. Der Trocknungsvorgang wird unter Verwendung von konzentrierter Säure im Bereich von 98 % ausgeführt, damit höhere Temperaturen verwendet werden können, die für die Energierückgewinnung günstiger sind, d.h. 80 bis 110*C. 15 In den kühleren Bereichen des Zwischen- und Endabsorptionssystems, nämlich im oberen Teil der Türme 11 und 12, bei den Verteilern 11D und 12D, bei den Nebelabscheidern 11E, 12E und bei den Rohren zwischen den Wärmeaustauschern 11G; 12G und den Türmen 11, 12 beträgt die Säuretemperatur etwa 130°C, was nahe an der Maximaltemperatur liegt, die für die Verwendung von nicht anodisch geschütztem austenitischen Schmiedestahi mit hohem Siiiciumgehalt zulässig ist. 20 In den heißeren Zonen des Absorptionssystems, d.h. in denjenigen Bereichen, in denen die Bestandteile anodisch geschützt sind, wie oben beschrieben, nämlich in den Wärmeaustauschern 11G und 12G, den Pumpenbehältern 11H, 12H und den Rohren zwischen den Türmen 11, 12 und den Wärmeaustauschern 11G, 12G, liegen die Säuretemperaturen im Bereich von 160 bis 170*C.

Das direkte Ergebnis des Arbeitens gemäß dieser Ausführungsform bei den angegebenen Temperatu-25 ren ist, daß die Energiepegel im Säuresystem auf solche Werte gesteigert werden, , die eine beträchtliche Energierückgewinnung gewährleisten. Die gesamte Energieeffizienz dieser Schwefelsäureanlage kann von üblicherweise 60 bis 65 % auf etwa 90 % gesteigert werden.

Fig. 2 zeigt einen typischen bekannten Wärmeaustauscher 100, wie er derzeit bei der Herstellung von Schwefelsäure üblich ist. Die Wärmeübertragungseinrichtungen, wie z.B. die Hülse und die Wärmeaustau-30 scherrohre, werden zum Kühlen von Schwefelsäure verwendet, wobei korrosive Säure im allgemeinen rund um die Wärmeaustauscherrohre fließt, während Wasser durch die Rohre fließt, um die außerhalb der Rohre zirkulierende Flüssigkeit abzukühien, d.h. also, daß sich die korrosive Flüssigkeit auf der Hülsenseite des Wärmeaustauschers befindet.

Der Wärmeaustauscher 100 besitzt eine äußere Hülse 120, die in einen Wassereinlaßkasten 14, einen 35 Wasserauslaßkasten 16 und einen Kühlabschnitt 18 unterteilt ist, wobei diese drei Abschnitte durch Rohrbleche 20, 22 unterteilt sind. Die Wärmeaustauscherrohre 24 erstrecken sich zwischen den Rohrblechen und führen Kühlwasser. Die Hülse, die Rohrbleche und die Rohre werden üblicherweise aus Standardsorten von austenitischen Stählen hergestellt, die in Abwesenheit eines anodischen Schutzes in Gegenwart von heißer konzentrierter Schwefelsäure mit einer unannehmbar hohen Rate korrodieren. Der 40 Wassereinlaßkasten 14 und der Auslaßkasten 16 bestehen aus kohlenstoffhaltigem Stahl. In Fig. 2 sind nur zwei Rohre 24 gezeigt, aber in der Praxis können mehr als 1000 Rohre 24 vorhanden sein, die sehr dicht gepackt sind und nur kleine Abstände (typischerweise 6,5 - 13 mm) aufweisen. Kühlwasser betritt den Wassereinlaßkasten 14 über einen Einlaß 26, strömt durch die Rohre 24 und tritt aus dem Auslaßkasten 16 über einen Auslaß 28 aus. Heiße Säure betritt den Kühiabschnitt 18 über einen Säureeinlaß 30 und verläßt 45 ihn über einen Säureauslaß 32. Herkömmliche Leitbleche 34 sind vorgesehen, um sicherzustellen, daß die Säure im Kühlabschnitt 18 zwecks maximaler Kühlung einen gewundenen Weg nimmt.

Wenn beim Betrieb der Wärmeaustauscher nicht mit einer anodischen Schutzeinrichtung versehen ist, dann liegen die Rohrwandungstemperaturen im allgemeinen in der Größenordnung von 30'C für 93 %ige Schwefelsäure und 55 “C für 98 %ige Schwefelsäure. so Fig. 2 zeigt auch einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher, wenn die Hülse 120, die Rohrbleche 20, 22, die Rohre 24 und die Leitbleche 34 aus einem austenitischen rostfreien Schmiedestahl mit verhältnismäßig hohem Siliciumgehalt bestehen, welcher die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest Eisen, besitzt. Wenn diese erfindungsgemäße Ausführungsform nicht mit einer anodischen Schutzeinrichtung versehen wird, dann liegen die Wandungstemperaturen der Rohre in der 55 Größenordnung von 80 °C bei 93 %iger Säure und 130°C bei 98 %iger Säure.

Bei Temperaturen, bei denen die Korrosionsraten bei Verwendung eines Wärmeaustauschers aus einem herkömmlichen austenitischen rostfreien Stahl zu hoch wären, wird ein anodischer Schutz angewendet. 8

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Ein herkömmliches anodisches Schutzsystem ist in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Die Bezugszeichen und die Materialien, die oben in bezug auf den Wärmeaustauscher von Fig. 2 beschrieben worden sind, der also keine anodische Schutzeinrichtung aufweist, gelten auch für die Fig. 3 und 4. Gemäß Fig. 3 und 4 ist auch eine längliche Kathode 36 vorgesehen, die typischerweise eine Länge von 10 m oder mehr aufweist und die 5 von einem Ende des Wärmeaustauschers 100 in diesen eingeführt ist. Die Kathode 36 besteht aus einem zentralen Kern 38 aus einer im Handel erhältlichen, verhältnismäßig säurebeständigen Nickellegierung mit verschiedenen Zuschlägen, welche durch eine isolierende Hülle 40 aus Polytetrafluorethylen umgeben ist, die zahlreiche Löcher 42 aufweist, damit die Säure im Kühlabschnitt mit dem metallischen Kathodenkem 38 in Berührung kommen kann. Die Hülle 40 verhindert eine Erdung des Kathodenkerns 38 über die Metallteile io des Wärmeaustauschers und vermeidet eine Transpassivierung auf den Leitblechen und Rohrblechen, die in der Nachbarschaft der Kathode liegen. Die Kathode 36 wird an den negativen Ausgang 44 einer Gleichstromquelle 46 angeschlossen. Der positive Ausgang 48 wird direkt mit der Hülse 120 verbunden. Die Stromquelle 46 wird durch einen automatischen Regler 50 geregelt, der seinerseits durch das von einer Bezugselektrode 52 kommende Potential gesteuert wird. 75 Beim Betrieb können solche herkömmlichen Wärmeaustauscher, die mit einer anodischen Schutzein-' richtung versehen sind, Rohrwandungstemperaturen in der Größenordnung von 70 *C bei 93 %iger Säure und von 100*C bei 98 %iger Säure aushalten.

Bei dem Wärmeaustauscher der Fig. 3 und 4 handelt es sich um einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher, der mit einer anodischen Schutzeinrichtung versehen ist, wenn die Hülse 120, die Rohrbleche 20, 20 22, die Rohre 24 und die Leitbleche 34 aus einem austenitischen rostfreien Schmiedestahl bestehen, der die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen, aufweist.

Beim Betrieb kann diese Ausführungsform Rohrwandungstemperaturen in der Größenordnung von 120°C für 93 %ige Säure und 180" C für 98 %ige Säure aushalten. Somit kann also durch die Verwendung dieses Stahls mit hohem Siliciumgehalt bei der Herstellung von anodisch geschützten Wärmeaustauschern 25 die verwendbare Temperatur solcher Schwefelsäurekühler erhöht werden, wodurch eine gesteigerte Energiegewinnung aus der heißen Säure möglich wird.

Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Kathode bei einigen Anwendungen ebenfalls aus austenitischem Schmiedestahl mit hohem Siliciumgehalt bestehen.

Fig. 5 zeigt einen herkömmlichen Trocknungsturm 10, der als Teil der oben unter Bezugnahme auf Fig. 30 1 beschriebenen Schwefeisäureanlage verwendet werden kann.

Fig. 6 zeigt den Trocknungsturm 10 von Fig. 5, der gemäß der Erfindung modifiziert ist, wobei der Turm 10, der Verteiler 10D, der mechanische Nebelabscheider 10E und der Träger 10S aus austenitischem Schmiedestahl mit der Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen, bestehen, wobei keine Säureziegelauskleidung im unteren Teil des Turms vorhanden 35 ist.

Diese Ausführungsform kann als Teil einer weiter oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Schwefelsäureanlage verwendet werden.

Der Absorptionsturm von Fig. 7 ist als Zwischenturm 11 (und als Endturm 12) für die oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Schwefelsäureanlage konstruiert. 40 Fig. 8 zeigt den Absorptionsturm von Fig. 7, der gemäß der Erfindung modifiziert ist, wobei der Turm 11, der Verteiler 11D, der kerzenartige Nebelabscheider 11E und der Träger 11S aus austenitischem Schmiedestahl mit der Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen, bestehen, wobei im Turm keine Säureziegelauskleidung vorhanden ist.

Bei einer alternativen Ausführungsform besteht nicht nur der Turm aus austenitischem Schmiedestahl 45 mit hohem Siliciumgehalt, sondern er ist auch mit Säureziegeln ausgekleidet. Dies erlaubt höhere Temperaturen in diesen Türmen, als es der Fall ist, wenn Stahl mit hohem Siliciumgehalt allein verwendet wird. Diese erfindungsgemäßen Absorptionstürme werden als Teil der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Schwefelsäureanlage verwendet.

Fig. 9 zeigt, wie bereits angedeutet, ein Schwefelsäurekonzentrierungssystem, welches ein Vakuumverso dampfungssystem umfaßt und welches derzeit tatsächlich in Betrieb ist. Die Vorrichtung besitzt mehrere Vakuumstufen, um Wasser von der schwachen Säure abzudampfen und ein Produkt der gewünschten Konzentration zu erzielen. Das System besitzt als Konzentrierungsbehälter einen ersten Verdampfer 110, der vorerhitzte Säure über eine Leitung 112 von einem (nicht gezeigten) Vorerhitzer aufnimmt. Die Unterseite des Verdampfers 110 ist mit einer Thermosyphonschleife 114 ausgerüstet. Die Schleife 114 55 besitzt einen ersten Ast 116, durch welchen Säure nach unten fließt, und einen zweiten Ast 118, durch welchen Säure nach oben fließt, wobei die Unterseiten der Äste durch eine Leitung 120 miteinander verbunden sind. Die Oberseiten der beiden Äste sind mit der Unterseite des Verdampfers 110 verbunden, und zwar bei bzw. unter der Oberfläche der darin befindlichen Säure 122. 9

Claims

AT 399 333 B Die Säure im Ast 118 wird durch einen Tantalerhitzer 118 erhitzt, der Tantalrohre (nicht einzeln dargestellt) aufweist und in den heißer Hochdruckdampf bei 126 eingespritzt wird, während das Kondensat bei 128 abgezogen wird. Die Konvektionsströme verursachen einen Fluß der Säure nach unten durch den Ast 116 und dann nach oben durch den Ast 118 am Erhitzer 124 vorbei, wo Wärme auf die Säure 5 übertragen wird. Wasserdampf, der von der Säure abdampft, verläßt den Verdampfer 110 über eine Leitung 130 und wird in einem Direktkontaktkühler 132 kondensiert. Eine Dampfstrahlpumpe 134 wird dazu verwendet, Luft abzuziehen und somit das gewünschte Vakuum im System aufrechtzuerhaiten. Ein Nebel-abscheidungskissen 136 ist im Verdampfer 110 vorgesehen, um Säuretröpfchen und Nebelteilchen zu entfernen. 10 Die Schwefelsäure, die im Verdampfer 110 teilweise konzentriert wurde, fließt aufgrund von Schwerkraft über eine Leitung 138 zum nächsten Verdampfer 140, der einen ähnlichen Aufbau wie der Verdampfer 110 aufweist, der aber bei einem niedrigeren Absolutdruck betrieben wird. Typischerweise wird eine Abblasvorrichtung 141 dazu verwendet, den Druck im letzten Kühler zu erhöhen, um eine zufriedenstellende Kondensation zu erreichen. 75 Der Verdampfer 110 und die verwendeten Rohre bestehen typischerweise aus Borsilikatglas oder aus mit Glas verkleidetem Stahl, um einen Angriff durch die Säure zu verhindern;. Die kalte freie Säure (85 %) wird im allgemeinen durch die heiße Produktsäure (93 %) vorerhitzt, wobei eine Wärmeübertragungsoberfläche aus Tantal in einem Wärmeaustauscher verwendet wird, dessen Hülse aus Glas oder aus mit Glas verkleidetem Stahl besteht. Nachdem die Produktsäure auf Lagerungstempera- 20 tur in einem letzten wassergekühlten Wärmeaustauscher abgekühlt worden ist, wird sie zu einem Pumpenbehälter oder Pumpenreservoir überführt, wozu ein zugeordnetes Rohr- und Ventilsystem verwendet wird. Ein anodischer Schutz wird vorzugsweise bei allen Vorrichtungsbestandteilen vorgesehen, die mit der Säure in Berührung kommen. Fig. 9 zeigt auch ein erfindungsgemäß modifiziertes Säurekonzentrierungssystem, in dem der Konzen- 25 trierungsbehälter 110 und die zugeordnete Thermosyphonschieife 114, die Wärmeaustauscher, der Pumpenbehälter und das zugeordnete Rohr- und Ventilsystem aus austenitischem Schmiedestahl A611 bestehen. Das Verfahren wird wie oben unter Bezugnahme auf den Stand der Technik beschrieben durchgeführt, außer daß höhere Betriebstemperaturen (>300 *C) bei akzeptablen Korrosionsraten erreicht werden können, 30 um eine Säure höherer Konzentration (98 %) herzustellen. Bei einer alternativen Ausführungsform können die komplizierten und teuren Vakuumsysteme und Tantalerhitzungselemente und -Wärmeaustauscher weggelassen werden. Die höheren Betriebstemperaturen verringern die Notwendigkeit eines Vakuumsystems und der Ersatz von Tantalkomponenten durch A611 ermöglicht akzeptable Korrosionsraten. 35 Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Konzentrierungssystem mit A611-Komponenten in Reihe mit einer der bekannten Könzentrierungseinrichtungen verwendet werden, um Säure auf höhere Konzentrationen zu konzentrieren, als dies derzeit möglich ist, beispielsweise bis zu 98 %ige Säure bei 290 bis 300 * C. 4o Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Herstellung von Schwefelsäure durch das Kontaktverfahren der Art, welche mindestens eine Kontakteinheit für Gas/konzentrierte Schwefelsäure und einen Schwefelsäurewärmeaustauscher aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakteinheit und/oder der Wärmeaustauscher vollstän- 45 dig oder teilweise aus austenitischem Schmiedestahl mit 4,6 - 5,8 % Siliciumgehalt bestehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kontakteinheiten ein Schwefelsäuretrocknungsturm ist. so
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kontakteinheiten ein Absorptionsturm ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher mit einer anodischen Schutzeinrichtung ausgerüstet ist. 55
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der austeniti-sche Schmiedestahl 5,0-5,6 % Silicium enthält. 10 AT 399 333 B
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der austeniti-sche Schmiedestahl die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen, aufweist.
7. Vorrichtung zur Herstellung von Schwefelsäure durch das Kontaktverfahren, welches (a) mindestens eine Kontakteinheit für Gas/konzentrierte Schwefelsäure; (b) einen Nebelahscheider in der Kontakteinheit; (c) einen Säureverteiler in der Kontakteinheit; (d) einen Schwefelsäurewärmeaustauscher und ein Säurezirkulationssystem, durch welches Säure zur Kontakteinheit und zum Wärmeaustauscher zirkuliert wird und welches (e) einen Pumpenbehälter; (f) eine Säurepumpe; und (g) ein Säurerohr- und Ventilsystem aufweist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der Bestandteile (a) bis (g) vollständig oder teilweise aus einem austenitischen Schmiedestahl mit 4,6 bis 5,8 % Siliciumgehalt bestehen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bestandteile (a) bis (g) vollständig oder teilweise aus austenitischem Schmiedestahl hergesteilt sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der Bestandteile (d) bis (g) miteiner anodischen Schutzeinrichtung versehen sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bestandteile (d) bis (g) mit einer anodischen Schutzeinrichtung versehen sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl 5,0 bis 5,6 % Silicium enthält.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß der austenitische Schmiedestahl die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen, aufweist.
13. Wärmeaustauscher zur Herstellung von Schwefelsäure durch das Kontaktverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß er vollständig oder teilweise aus austenitischem Schmiedestahl mit 4,6 bis 5,8 % Siliciumgehalt besteht.
14. Wärmeaustauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl 5,0 bis 5,6 % Silicium enthält.
15. Wärmeaustauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen, aufweist.
16. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer anodischen Schutzeinrichtung versehen ist.
17. Kontakteinheit für Gas/konzentrierte Schwefelsäure zur Herstellung von Schwefelsäure durch das Kontaktverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß sie vollständig oder teilweise aus austenitischem Schmiedestahl mit 4,6 bis 5,8 % Siliciumgehait besteht.
18. Kontakteinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl 5,0 bis 5,6 % Silicium enthält.
19. Kontakteinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen, aufweist.
20. Kontakteinheit nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form eines Trocknungsturms aufweist. 11 AT 399 333 B
21. Kontakteinheit nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form eines Absorptionsturms aufweist.
22. Säureverteiler für einen Trocknungs- oder Absorptionsturm zur Herstellung von Schwefelsäure durch das Kontaktverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß er vollständig oder teilweise aus austenitischem Schmiedestahl mit 4,6 bis 5,8 % Siliciumgehalt besteht.
23. Säureverteiler nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl 5,0 bis 5,6 % Silicium enthält.
24. Säureverteiler nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen, aufweist.
25. Nebelabscheider für einen Trocknungs- oder Absorptionsturm zur Herstellung von Schwefelsäure durch das Kontaktverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß er vollständig oder teilweise aus austenitischem Schmiedestahl mit 4,6 bis 5,8 % Siliciumgehalt hergestellt ist.
26. Nebelabscheider nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahi 5,0 bis 5,6 % Silicium enthält.
27. Nebelabscheider nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen, aufweist.
28. Lager- oder Pumpenbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß er vollständig oder teilweise aus austenitischem Schmiedestahl mit 4,6 bis 5,8 % Siliciumgehalt besteht.
29. Behälter nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl 5,0 bis 5,6 %. Silicium enthält.
30. Behälter nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen aufweist.
31. Behälter nach Anspruch 28, 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer anodischen Schutzeinrichtung versehen ist.
32. Säurepumpe, dadurch gekennzeichnet, daß sie vollständig oder teilweise aus austenitischem Schmiedestahl mit 4,6 bis 5,8 % Siliciumgehalt besteht.
33. Säurepumpe nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl 5,0 bis 5,6 % Silicium enthält.
34. Säurepumpe nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen, aufweist.
35. Säurepumpe nach Anspruch 32, 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer anodischen Schutzeinrichtung versehen ist.
36. Säureventil zur Herstellung von Schwefelsäure durch das Kontaktverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß es vollständig oder teilweise aus austenitischem Schmiedestahl mit 4,6 bis 5,8 % Siliciumgehalt besteht.
37. Ventil nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl 5,0 bis 5,6 % Silicium enthält.
38. Ventil nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen, aufweist. 12 AT 399 333 B
39. Ventil nach Anspruch 36, 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer anodischen Schutzeinrichtung versehen ist.
40. Vorrichtung zum Konzentrieren von Schwefelsäure einer Konzentration von 90 %, die einen Konzentrierungsbehälter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter vollständig oder teilweise aus austenitischem Schmiedestahl mit 4,6 bis 5,8 % Siliciumgehalt besteht.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Luftabzugseinrichtung aufweist.
42. Vorrichtung nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit einem anodischen Schutzeinrichtung versehen ist.
43. Vorrichtung nach Anspruch 40, 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, daß der austenitische Schmiedestahl 5,0 bis 5,6 % Silicium enthält.
44. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß der- austenitische Schmiedestahl die Zusammensetzung 17,5 % Ni, 17,5 % Cr, 5,3 % Si, <0,015 % C, Rest im wesentlichen Eisen, aufweist.
45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung für die Vorkonzentrierung der Beschickungsschwefelsäure auf die Konzentration von 90 % aufweist. Hiezu 7 Blatt Zeichnungen 13