BRPI0510676B1

BRPI0510676B1 - processo e planta para produzir ácido sulfúrico a partir de gases ricos em dióxido de enxofre

Info

Publication number: BRPI0510676B1
Application number: BRPI0510676A
Authority: BR
Inventors: Hannes Storch; Jan Rieder; Karl-Heinz Daum
Original assignee: Outokumpu Technology Oyj; Outotec Oyj
Priority date: 2004-05-05
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2016-06-28
Also published as: WO2005105666A3; DE102004022506A1; ZA200609163B; ES2536069T3; GT200500104A; US20080145290A1; CN101001808A; FR2869892B1; DE102004022506B4; PT1742869E; CA2563950C; DK1742869T3; US7704476B2; PL1742869T3; SI1742869T1; BRPI0510676A; AU2005238149A1; FR2869892A1; SA05260113B1; CN101001808B

Abstract

processo e planta para produzir ácido sulfúrico a partir de gases ricos em dióxido de enxofre. a presente invenção se refere a um processo e a uma planta para produzir ácido sulfúrico, na qual um gás de partida contendo dióxido de enxofre reage, pelo menos parcialmente, com oxigênio molecular em, pelo menos, um contato com pelo menos um estágio de contato para formar trióxido de enxofre, e no qual o gás contendo trióxido de enxofre produzido é introduzido em um absorvedor e convertido ali em ácido sulfúrico. para conseguir que somente pequenos volumes de gás devam ser fornecidos ao primeiro estágio de contato, baseando-se na quantidade de dióxido de enxofre utilizada, com pelo menos a mesma capacidade da planta e pelo uso de catalisadores convencionais, é proposto, de acordo com a invenção, fornecer ao primeiro estágio de contato um gás de contato com um conteúdo de dióxido de enxofre maior do que 16% em volume e com uma proporção volumétrica de dióxido de enxofre em relação a oxigênio de mais do que 2,67:1.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO E PLANTA PARA PRODUZIR ÁCIDO SULFÚRICO A PARTIR DE GASES RICOS EM DIÓXIDO DE ENXOFRE".

Campo técnico A presente invenção refere-se a um processo para produzir ácido sulfúrico, no qual um gás inicial contendo dióxido de enxofre, pelo menos, reage parcialmente com oxigênio molecular em, pelo menos, um contato com pelo menos um estágio de contato para formar trióxido de enxofre, e no qual o gás contendo trióxido de enxofre produzido é introduzidoem um ab-sorvedor e convertido em ácido sulfúrico, e à planta correspondente.

Convencionalmente, a produção de ácido sulfúrico é efetuada pelo chamado processo de absorção duplo, o qual é descrito na Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5a edição, Vol. A25, páginas 635 a 700. Para catalisar a oxidação do dióxido de enxofre a trióxido de enxofre, catalisadores contendo pentóxido de vanádio como componente ativo são tipicamente usados com uma faixa de operação de 380 a 640°C. Enquanto um dano irreversível do catalisador ocorre a temperaturas acima de 640°C, o mesmo é inativo em temperaturas abaixo de 380°C. Para evitar o dano do catalisador, gases de partida com um conteúdo de dióxido de enxofre de, maximamente, 13% em volume são geralmente carregados nesse lugar, assim como temperaturas excessivas são obtidas no leito do catalisador devido à exotermicidade da reação de oxidação, quando gases de uma concentração mais alta são usados. O resultado é que antes de serem carregados ao catalisador, gases de uma concentração maior devem, primeiramente, ser diluídos com ar e/ou oxigênio de tonelagem, e correspondentemente volumes de gás maiores devem passar através do catalisador. Particularmente ao utilizar gases de rejeito pirometalúrgicos, tais como gases de partida contendo dióxido de enxofre, os quais são produzidos, por exemplo, ao calcinar e fundir concentrados de cobre e níquel sulfídico e, tipicamente, tem um conteúdo de dióxido de enxofre de 20 a 60 % em volume, um maior fator de diluição é, conseqüentemente, necessário. Isso leva a um investimento desproporcionalmente maior e a custos de operação da planta de ácido sulfúrico.

Além da temperatura, o rendimento de trióxido de enxofre é influenciado decisivamente pela proporção volumétrica de dióxido de enxofre em relação ao oxigênio no gás de partida. As reações parciais que ocorrem durante a oxidação do dióxido de enxofre para o trióxido de enxofre através de catalisadores de pentóxido de vanádio convencionais pode ser descrita de uma forma simplificada pelas seguintes fórmulas: SO2 + V2O5 SO3 + V2O4 V2O4 + 1/2 O2 <=> V2O5, 0 qual corresponde a uma reação total de SO2 + ½ O2 <=> SO3.

De acordo com o princípio de Le Châtelier, um rendimento mais alto de trióxido de enxofre pode, conseqüentemente, ser esperado com o aumento da pressão parcial de dióxido de enxofre no gás de partida. Na prática, uma quantidade hiperestequiométrica de oxigênio, conseqüentemente, é usada para a oxidação de dióxido de enxofre para trióxido de enxofre, baseando-se na quantidade de SO2, a saber, uma quantidade de 02 correspondendo a uma proporção volumétrica de 02/S02 maior do que 0,75, preferivelmente correspondendo a uma proporção de 1 para 1,2, a qual corresponde a uma proporção volumétrica de O2/SO2 de 1:1 até 1:0,83. Conseqüentemente, os gases de partida contendo dióxido de enxofre, os quais em geral foram obtidos pela combustão do enxofre, devem ser ainda diluídos com ar ou oxigênio em tonelagem, à parte da necessidade de ajustar o conteúdo de dióxido de enxofre até um valor abaixo de 13% em volume, também para ajustar uma proporção volumétrica favorável de 02 para S02, a qual contribui para os grandes volumes de gás correspondentes para serem passados através do catalisador e ao alto investimento correspondente e custos operacionais das plantas de ácido sulfúrico convencionais.

Para superar essas desvantagens, processos para produzir ácido sulfúrico já foram propostos, nos quais os gases de partida com um conteúdo de dióxido de enxofre maior do que 13% em volume pode ser fornecido ao catalisador.

Alguns desses processos fornecem um catalisador alternativo, 0 qual também pode ser operado em temperaturas mais altas do que 640°C (WO 99/36175 A1). DE-OS 20 26 818 descreve um processo para a oxidação catalítica de dióxido de enxofre para trióxido de enxofreem uma pluralidade de estágios de contato com uma absorção intermediária do trióxido de enxofre formado, no qual antes de ser introduzido no primeiro estágio de contato, os gases de partida são diluídos com ar de diluição e com trióxido de enxofre expulso de óleo para obter uma concentração de dióxido de enxofre de 10 a 20% em peso. O que é desvantajoso nesse processo, entretanto, é que a quantidade de aparatelho envolvido e o gasto técnico necessário para a expulsão contínua de trióxido de enxofre a partir de óleo e da comparativamente pouca utilização do dióxido de enxofre no primeiro estágio de contato, uma vez que somente trióxido de enxofre é recirculado, mas não nos rea-gentes dióxido de enxofre e oxigênio.

Para ser capaz de processar gases de partida com um conteúdo de dióxido de enxofre de 13 a 66% em volume para ácido sulfúrico com baixo custo usando catalisadores convencionais, DE 102 49 782 A1 propõe um processo para produzir ácido sulfúrico, no qual de um estágio de contato a montante do último contato principal um jato parcial do gás contendo dióxido de enxofre e trióxido de enxofre é recolhido, esse jato parcial é misturado com o gás de partida para obter um gás de contato com um conteúdo de dióxido de enxofre de mais do que 13% em volume e é recirculado para o primeiro estágio de contato. Como um resultado da diluição do gás de partida, volumes de gás comparativamente maiores são, todavia, passados através do catalisador também nesse processo.

Da US 2.180.727 é finalmente conhecido um processo para a conversão catalítica de dióxido de enxofre em trióxido de enxofre com três estágios de contato, no qual um gás de contato com uma concentração máxima de dióxido de enxofre de 16% em volume, uma proporção de dióxido de enxofre para oxigênio de, maximamente, 2,67:1 e uma temperatura de 412 a 415°C é fornecida ao primeiro estágio de contato, e depois da conversão catalítica o gás do processo contendo trióxido de enxofre retirado do primeiro estágio de contato é misturado com um volume correspondente de ar para resfriar e ajustar o conteúdo de oxigênio hiperestequiomético, antes do que a mistura de gás resultante é fornecida para o segundo estágio de contato e, adicionalmente, ali oxidada. O gás que sai do segundo estágio de contato é resfriado novamente e, para ajustar a proporção hiperestequiomé-trica de dióxido de enxofre para oxigênio, misturado com oxigênio e fornecido para um terceiro estágio de contato, antes do gás sair do terceiro estágio de contato finalmente é fornecido para um estágio de absorção para formar ácido sulfúrico. Entretanto, esse processo está também limitado em consideração à concentração máxima de dióxido de enxofre no gás de partida fornecido ao primeiro estágio de contato, de forma que grandes volumes de gás devam passar através dos estágios de contato individuais. Além disso, o catalisador vanádio usado irá deteriorar sob as condições de processo escolhidas e ficará inativo depois de um certo período.

Descricão da Invenção Conseqüentemente, é objetivo da presente invenção fornecer para a produção econômica de ácido sulfúrico na base dos gases de partida concentrados, particularmente para fornecer um processo para a produção de ácido sulfúrico, no qual somente pequenos volumes de gás devem ser fornecidos ao primeiro estágio de contato, baseando-se na quantidade de dióxido de enxofre utilizada.

De acordo com a invenção, esse objetivo é resolvido por um processo conforme mencionado acima, no qual um gás de contato com um conteúdo de dióxido de enxofre de mais do que 16% em volume e com uma proporção volumétrica de dióxido de enxofre em relação ao oxigênio de mais do que 2,67:1 é fornecida ao primeiro estágio de contato.

De acordo com a presente invenção, poderia ser surpreendentemente descoberto que a oxidação catalítica de dióxido de enxofre para trióxido de enxofre com um conteúdo de oxigênio subestequiométrico, a saber, uma proporção volumétrica de S02/02 maior do que 2,67:1 ou mesmo maior do que 10:1, pode ser operada continuamente quando o gás de partida tem um conteúdo de S02 de mais do que 16% em volume. O uso de ca- talisadores normais contendo pentóxido de vanádio é possível, um rendimento satisfatório também sendo conseguido em escala industrial sem dano ao catalisador. Devido ao conteúdo de S02 comparativamente maior, por um lado, e o conteúdo de oxigênio comparativamente baixo por outro lado, volumes consideravelmente menores de gás de partida, baseando-se na quantidade de SO2 são fornecidos ao primeiro estágio de contato no processo da invenção em comparação com a técnica anterior. Os custos de investimento para a planta necessários para efetuar o processo, por meio disso, são consideravelmente reduzidos. Particularmente, essa quantidade de 50 a 150 iitros/tonelada diária de gás de partida em comparação com a quantidade convencionalmente necessária de 160 a 250 Iitros/tonelada diária de gás de partida necessita de uma quantidade específica substancialmente inferior de catalisador. O deslocamento do equilíbrio da reação de oxidação como resultado do alto conteúdo de SO2 na parte dos produtos é compensado pelo conteúdo de oxigênio subestequiométrico, baseando-se na quantidade de S02, o qual desloca o equilíbrio termodinâmico da reação de oxidação na parte dos eductos. Pelo correspondente ajuste do conteúdo de S02, por um lado, e da proporção volumétrica de S02/02l por outro lado, a temperatura no estágio de contato, conseqüentemente, pode ser ajustada para um valor abaixo da temperatura que leva a um dano irreversível do catalisador, no caso de uso do pentóxido de vanádio até uma temperatura, maximamente, de 640°C, e um superaquecimento do catalisador, conseqüentemente, pode ser evitado.

Preferivelmente, o gás de contato fornecido no primeiro estágio de contato tem um conteúdo de dióxido de enxofre maior do que 20% em volume, particuiarmente preferido maior do que 40% em volume, particularmente preferivelmente maior do que 60% em volume, completamente particularmente preferivelmente maior do que 80% em volume, e altamente preferivelmente maior do que 90% em volume. Dessa forma, as quantidades de gás de contato a serem fornecidas para o primeiro estágio de contato, baseando-se na quantidade de S02, são particularmente baixos.

Para evitar um dano irreversível do catalisador como resultado do superaquecimento, a proporção volumétrica de S02 para oxigênio do gás de contato fornecido ao primeiro estágio de contato, em dependência da quantidade de SO2, preferivelmente é maior do que 4:1, particularmente preferivelmente maior do que 6:1, completamente particularmente preferivelmente maior do que 8:1 e altamente preferivelmente maior do que 10:1. A princípio, todas as misturas de gás concentrado contendo dióxido de enxofre e oxigênio, os quais foram produzidos de qualquer forma conhecida pelos indivíduos versados na técnica, por exemplo, gases correspondentes produzidos em plantas pirometalúrgicas, podem ser usadas como gases de partida no processo da invenção. Particularmente, misturas de gases obtidas pela combustão de enxofre elementar com oxigênio em tonelada, as quais têm um conteúdo de oxigênio de pelo menos 95 a 98% em volume, preferivelmente aquelas com um conteúdo de dióxido de enxofre de 80 a 99,99% em volume, um conteúdo de oxigênio de 0,01 a 10% em volume, e um conteúdo de nitrogênio molecular ou outros gases inertes de 0 até, ma-ximamente, 10% em volume, e particularmente preferivelmente aquelas com um conteúdo de dióxido de enxofre de 90 a 95% em volume, um conteúdo de oxigênio de 3 a 7% em volume e com um conteúdo de nitrogênio molecular ou outros gases inertes de 0 até, maximamente, 5% em volume, ou misturas de gás da mesma composição, as quais foram produzidas por outros processos, tornaram-se úteis como gases de partida. O mesmo pode ser fornecido ao primeiro estágio de contato não-diluído ou na diluição com ar ou, preferivelmente, oxigênio de tonelagem para ajustar uma proporção volumétrica adequada de SO2/O2 e um conteúdo de S02 adequado. Uma vantagem particular dessa modalidade consiste em que, devido à ausência ou ao baixo conteúdo de nitrogênio molecular no gás de contato, o ácido sulfú-rico obtido com 0 processo da invenção não contém impurezas de óxido de nitrogênio (ΝΟχ) ou, pelo menos, em comparação com os processos conhecidos de acordo com a técnica anterior, nos quais ar com um conteúdo de N2 de cerca de 79% em volume é usado como gás de combustão, contém impurezas de óxido de nitrogênio (NOx) reduzidas por uma ordem de magnitude. Concordantemente, na dependência da pureza do oxigênio de tonela- gem usado para a combustão de enxofre e/ou do oxigênio de tonelagem possivelmente usado para diluir o gás de partida contendo dióxido de enxofre, nenhuma ou, melhores, quantidades bem pequenas de gás de rejeito são produzidas, de forma que as emissões específicas, baseadas na quantidade de ácido sulfúrico formado, são substancialmente menores em comparação com os processos convencionais. Além disso, nenhuma torre de secagem, para secar o ar ambiente é necessária para efetuar o processo da invenção, se nenhum gás de diluição ou oxigênio de tonelagem é usado como gás de diluição ao invés de ar. A princípio, qualquer catalisador conhecido por um indivíduo versado na técnica como sendo útil para oxidar dióxido de enxofre a trióxido de enxofre pode ser usado no processo da invenção. Bons resultados são obtidos, particularmente, com catalisadores convencionais contendo pentó-xído de vanádio. O que também foi utilizado com muito sucesso são catalisadores contendo ferro, particularmente catalisadores granulares compreendendo um material de suporte poroso, preferivelmente com uma área de superfície BET de 100 a 2000 m2/g e um conteúdo de S1O2 de, pelo menos, 90% em peso e um componente ativo contendo de 10 a 80% em peso de ferro, a proporção em peso do material de suporte em relação ao componente ativo particularmente, preferivelmente, caindo na faixa de 1 a 100.

No caso de catalisadores contendo pentóxido de vanádio, por exemplo, uma temperatura de entrada do gás de contato no primeiro estágio de contato de cerca de 450°C, particularmente de cerca de 470°C e, mais preferivelmente, cerca de 500°C mostrou ser particularmente útil. Ao usar catalisadores granulares compreendendo um material de suporte poroso de Si02 com um componente ativo contendo de 10 a 80% em peso de ferro, a temperatura de entrada nesse catalisador, preferivelmente, é de cerca de 500°C, particularmente preferivelmente cerca de 520°C e muito particularmente preferivelmente de cerca de 540°C.

Preferivelmente, o gás de contato é fornecido ao primeiro estágio de contato com uma pressão de 1 a 30 bar, e particularmente preferivelmente com uma pressão de 3 a 12 bar. Dessa forma, a quantidade de gás realmente fornecida ao primeiro estágio de contato é ainda reduzida por um lado, e por outro lado o equilíbrio termodinâmico da reação de oxidação é deslocado na parte do S03 devido à pressão elevada. Uma vez que o rendimento de SO3, particularmente, depende de quatro parâmetros, a saber, a temperatura, a pressão, a quantidade de S02 e a proporção de S02/02 no primeiro estágio de contato, rendimentos satisfatórios de trióxido de enxofre podem ser obtidos mesmo com uma proporção particularmente alta de SO2/O2 devido à pressão elevada. Nessa modalidade, também se tomou conveniente produzir o gás de partida já sob a pressão escolhida, razão pela qual, por exemplo, durante a combustão de enxofre elementar tanto do enxofre líquido e do oxigênio de tonelagem usado para a combustão e/ou o ar de combustão utilizado são fornecidos à câmara de combustão com a pressão indicada e a câmara de combustão é operada nessa pressão. A vantagem é que a planta de ácido sulfúrico não necessita de um soprador de gás para transportar os gases do processo através dos estágios de contato e absorção.

Para evitar um dano irreversível do catalisador durante a operação do primeiro estágio de contato, o conteúdo de dióxido de enxofre, a proporção volumétrica S02/02, a pressão de entrada e a temperatura de entrada do gás de contato fornecido para o primeiro e todos os estágios de contato que se sucedem são escolhidos de forma que no estágio de contato uma temperatura seja obtida, a qual fique abaixo da temperatura que leva a um dano do catalisador, mas acima da temperatura de operação do catalisador. No caso de um catalisador contendo pentóxido de vanádio, o limite superior da temperatura a ser ajustada é de cerca de 640°C, e o limite inferior é de cerca de 380°C.

De acordo com uma primeira modalidade da presente invenção, outros estágios de contato, preferivelmente de 2 a 4 outros estágios de contato, são fornecidos a jusante do primeiro estágio de contato, os estágios de contato individuais sendo combinados a um ou mais, preferivelmente um ou dois contatos. A jusante de cada contato, um absorvente pode ser fornecido, no qual trióxido de enxofre é pelo menos parcialmente, preferivelmente com- pletamente removido do gás de processo e convertido a ácido sulfúrico, S03 líquido ou óleo de uma forma conhecida pelos indivíduos versados na técnica. O gás de processo contendo trióxido de enxofre deixando o primeiro até os penúltimos estágios de contato é misturado com oxigênio para ajustar uma proporção adequada de S02/02 e resfriado até uma temperatura de entrada adequada para o próximo estágio de contato, antes que ele seja fornecido ao estágio de contato respectivamente sucessor para oxidação adicional. O ajuste da temperatura de entrada necessária no estágio de contato respectivamente sucessor pode ser conseguida pela adição de gás contendo oxigênio correspondentemente temperado, por exemplo, 02 liquefeito e/ou através de formas de um trocador de calor. É na maioria das vezes necessário também operar o segundo e/ou os estágios de contato que se sucedem com um gás de contato com um conteúdo de oxigênio subestequiométrico, baseado no conteúdo de S02. O gás do processo que deixa o último estágio de contato é fornecido a um absorvedor, no qual trióxido de enxofre é removido do gás de processo pela formação de ácido sulfúrico, SO3 líquido ou solução corrosiva de trióxido de enxofre em ácido sulfúrico, e o gás de rejeito resultante pode, se necessário, ser removido através de uma chaminé, por exemplo, depois de um pós-tratamento químicoem uma planta de lavagem de gás operada, por exemplo, com peróxido de hidrogênio, ou ser fornecido para um outro tratamento na planta de ácido sulfúrico.

De acordo com uma segunda modalidade da presente invenção, é igualmente fornecido que a jusante do primeiro estágio de contato outros estágios de contato , preferivelmente de 2 a 4 estágios de contato são dispostos, os quais são preferivelmente combinados a um ou dois contatos, mas que um jato parcial do gás de contato deixando o primeiro estágio de contato e/ou um ou mais dos estágios de contato sucessores é removido e esse jato parcial ou esses jatos parciais é/são misturados com o gás de partida antes que o mesmo entre no primeiro estágio de contato. Dessa forma, o conteúdo de dióxido de enxofre e a proporção S02/02 do gás de partida pode ser ajustada até um valor adequado para o primeiro estágio de contato. Por outro lado, isso resultaem um melhor uso de energia, uma vez que a recirculação da energia térmica do gás recirculado, parcialmente convertido e quente do processo é utilizado para preaquecer os gases de partida. Como resultado, esse procedimento necessita de trocadores de calor correspondentemente menores. De acordo com a invenção, entretanto, somente tais quantidades do gás do processo são recirculadas, o que fornece um gás de contato fornecido ao primeiro estágio de contato com um conteúdo de dióxido de enxofre de mais do que 16% em volume,, e com uma proporção volu-métrica de dióxido de enxofre em relação ao oxigênio de mais do que 2,67:1.

Como uma alternativa, é também possível retirar e recircular o jato pardal ou os jatos parciais não diretamente na saída dos respectivos estágios de contato, mas somente depois que o intermediário ou estágios de absorção finais, de forma que menos trióxido de enxofre, o qual desloca o equilíbrio termodinâmico da reação de oxidação na parte dos eductos é introduzida no gás de contato a ser fornecido ao primeiro estágio de contato.

Além disso, ao invés de ser recirculado para o gás a ser fornecido para o primeiro estágio de contato, a retirada do jato parcial de um estágio de contato e/ou do primeiro absorvedor intermediário pode também ser fornecida para o gás (ar ou, preferivelmente, oxigênio de tonelada) usado para a combustão de enxofre para produzir o gás de partida contendo dióxido de enxofre e/ou diretamente ao queimador de enxofre. Conforme aqueles indivíduos versados na técnica reconhecerão, é claramente também possível combinar as alternativas anteriormente mencionadas de qualquer forma, por exemplo, para fornecer uma parte do jato parcial ao gás a ser fornecido para o primeiro estágio de contato, e a outra parte do jato parcial para o gás usado para a combustão do enxofre elementar.

Finalmente, de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção, o processo pode ser operado com somente um contato, o qual preferivelmente consiste em 1 a 3 estágios de contato, em que preferivelmente pelo menos parte do gás do processo saindo do contato e/ou do absorvedor a jusante do contato é retirado e recirculado para o gás de partida para ser fornecido ao primeiro estágio de contato e/ou para o gás de combustão a ser fornecido para a combustão de enxofre e/ou diretamente no queimador de enxofre.

Preferivelmente, o jato parcial ou jatos parciais de acordo com a segunda e com a terceira modalidades da invenção, o qual foi / foram místu-rado(s) com o gás de partida antes da sua entrada no primeiro estágio de contato, é/são dimensionado(s) de forma que o gás de contato fornecido para o primeiro estágio de contato consista de 60 a 99,99% em volume de dióxido de enxofre, de 0,01 a 20% em volume de oxigênio, de 0 a 20% em volume de trióxido de enxofre e de 0 até maximamente 10% em volume de nitrogênio ou outro gás inerte, e particularmente preferivelmente de 90 a 95% em volume de dióxido de enxofre, de 3 a 7% em volume de oxigênio, de 0,01 a 5% em volume de trióxido de enxofre e de 0 até maximamente 5% em volume de nitrogênio ou outro gás inerte.

Além disso, a presente invenção se refere a uma planta para produzir ácido sulfúrico, S03 líquido ou solução corrosiva de trióxido de enxofre em ácido sulfúrico a partir de gases ricos em dióxido de enxofre, o qual pode ser usado, em particular, para efetuar o processo da invenção.

De acordo com a invenção, a planta inclui pelo menos um contato com pelo menos um estágio de contato para reagir e um gás de partida contendo S02 com oxigênio para obter SO3, e pelo menos um absorvedor, em que a região de entrada do primeiro estágio de contato é conectada com a região de saída de um ou mais estágios de contato e/ou com a região de saída de um ou mais absorvedores através de um ou mais tubos de recircu-lação.

Preferivelmente, pelo menos um tubo de recircuiação leva da região de saída do primeiro contato para a região de entrada do primeiro estágio de contato.

De acordo com 0 desenvolvimento da invenção, é proposto que a planta inclua de 3 a 5 estágios de contato, os quais particularmente preferivelmente são combinados em um ou dois contatos. A princípio, os estágios de contato individuais podem incluir qualquer material catalisador conhecido pelos indivíduos versados na técnica para esse propósito. Preferivelmente, entretanto, catalisadores convencionais são fornecidos, por exemplo, aque- les com base no pentóxido de vanádio com ou sem a adição de césio, ou com base em outros óxidos de metal, tais como óxido de ferro.

De acordo com uma modalidade particular da presente invenção, a planta inclui adicionalmente um queimador de enxofre com uma câmara de combustão para a combustão de enxofrp elementar com oxigênio de tonelada ou ar, o queimador de enxofre e/ou a região de entrada da câmara de combustão estando conectada com a região de saída de um ou mais estágios de contato e/ou com a região de saída de um ou mais absor-vedores. A invenção será subsequentemente explicada em detalhes com referência a modalidades e ao desenho. Todas as características descritas e/ou ilustradas nas Figuras do assunto-tópico da invenção, independentemente das suas inclusões nas reivindicações ou nas suas referências passadas.

Breve descrição dos desenhos Figura 1 mostra o diagrama de um processo e uma planta de acordo com a técnica anterior;

Figura 2 mostra o diagrama de um processo e uma planta de acordo com a primeira modalidade da presente invenção, Figura 3 mostra o diagrama de um processo e uma planta de acordo com a segunda modalidade da presente invenção,.

Figura 4 mostra o diagrama de um processo e uma planta de acordo com a terceira modalidade da presente invenção.

Figura 5 mostra o diagrama de um processo e uma planta de acordo com a quarta modalidade da presente invenção.

Descrição detalhada das modalidades preferidas A planta convencional, conforme apresentado na Figura 1 para produzir ácido sulfúrico de acordo com a técnica anterior, conforme é descrito, por exemplo, na Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, compreende um queimador de enxofre 1, dois contatos 2, 3 um absorvedor intermediário 4 e um absorvedor final 5. Enquanto o primeiro contato 2 (contato primário) inclui três estágios de contato (camadas de catalisadores) 6-t até 63, os quais cada um têm um catalisador com base no pentóxido de vanádio, o segundo contato 3 (contato secundário) inclui dois estágios de contato, 64 e 65. Entre os estágios de contato individuais de 61 até 65, é disposto em cada um resfriador intermediário (não mostrado), no qual o gás de processo que sai do estágio de contato precedente de 61 a 64 é resfriado até uma temperatura adequada para a entrada no, respectivamente, próximo estágio de contato 62 até 65.

No queimador de enxofre 1, o gás de partida com menos do que 13% em volume, geralmente com de 10 a 12% em volume de dióxido de enxofre e com uma proporção volumétrica SO2/O2 de cerca de 1:1 até 1:0,83 é produzida por combustão de enxofre elementar com ar. Para esse propósito, enxofre elementar, geralmente na forma líquida com uma temperatura de 140 até 150°C, é fornecido continuamente para o queimador de enxofre 1 através do tubo de fornecimento 7, e ar, o qual possivelmente foi seco adian-tadamenteem uma torre de secagem (não mostrada) é fornecido através do tubo de fornecimento 8, em que o conteúdo de oxigênio hiperestequiométri-co no gás de partida resultante é controlado pela quantidade de ar introduzida no queimador de enxofre e/ou ajustada pela adição subsequente de ar de diluição. Através do tubo 9, o gás de partida é passado através de um troca-dor de calor (não mostrado), no qual o mesmo é pré-aquecido para a temperatura de entrada do primeiro estágio de contato 61 e é, subseqüentemente, fornecido para o primeiro estágio de contato 61 antes que a mistura do gás seja passada seqüencialmente através dos três estágios de contato de 61 até 63 do primeiro contato 2 para oxidação. O gás deixando o primeiro contato 2 é fornecido para o absorvedor intermediário 4 através do tubo 10 e colocado em contato com ácido sulfúrico aquoso, uma grande parte do trióxido de enxofre formado no primeiro contato sendo absorvido pela formação de ácido sulfúrico. Subseqüentemente, o gás remanescente é fornecido para o segundo contato 3 através do tubo 11 e, seqüencialmente, passado através de seus dois estágios de contato 64 e 65. Gás deixando o segundo contato 3 é fornecido através do tubo 4 para o absorvedor final 5, no qual o trióxido de enxofre formado é convertido a ácido sulfúrico. Enquanto o gás de rejeito é descarregado da planta através da chaminé 13, o ácido sulfúrico produzido no absorvedor intermediário 4 e no absorvedorfinal 5 é combinado e descarregado da planta como uma única massa de fluxo através do tubo de des-carregamento de produto 14.

Conforme pode ser tomado da Figura 2, a planta de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção compreende os componentes do aparelho convencional descrito acima, os quais por causa da simplicidade são fornecidos com os mesmosem umerais de referência, e além disso inclui uma pluralidade de tubos de fornecimento 8, 15, 16 para oxigênio de tonelagem, os quais levam para dentro do queimador de enxofre 1, o tubo 9 de fornecimento de gás e os tubos de gás fornecidos entre os estágios de contato 61 e 62, assim como 62 e 63, respectivamente.

No processo da invenção, ao contrário da técnica anterior, um gás de contato com um conteúdo de dióxido de enxofre maior do que 16% em volume e com uma proporção volumétrica de dióxido de enxofre em relação ao oxigênio de mais do que 2,67:1 é fornecido para o primeiro estágio de contato. No processo efetuado conforme apresentado na figura 2, esse gás de contato é produzido razão pela qual enxofre elementar é continuamente introduzido no queimador de enxofre 1 através do tubo de fornecimento 7, e oxigênio de tonelagem, como gás de combustão é introduzido através dos tubos de fornecimento 16 e 8. Pelo ajuste da quantidade de oxigênio de tonelagem fornecida para o queimador de enxofre 1 por unidade de tempo, baseando-se na quantidade de enxofre elementar, o conteúdo de dióxido de enxofre do gás resultante pode ser ajustado para o valor desejado, 0 qual é maior do que 20% em volume, normaimente maior do que 40 ou 60% em volume, preferivelmente, entretanto, maior do que 80% em volume e, particularmente preferivelmente, maior do que 90% em volume. O gás altamente concentrado produzido é retirado do queimador de enxofre 1 através do tubo 9, e seu conteúdo de oxigênio, baseando-se no conteúdo de dióxido de enxofre, é possivelmente ajustado até um valor desejado através de oxigênio de tonelagem fornecido através do tubo 15, preferivelmente para uma proporção volumétrica de dióxido de enxofre em rela- ção ao oxigênio de 4:1, particularmente preferivelmente maior do que 6:1, muito particularmente preferivelmente maior do que 8:1 e altamente preferivelmente maior do que 10:1. Subseqüentemente, a mistura de gás produzida dessa forma é passada através de um trocador de calor (não mostrado), no qual ele é aquecido até a temperatura de entrada adequada do primeiro estágio de contato 61, no caso de um catalisador compreendendo pentóxido de vanádío, preferivelmente até cerca de 450°C, e particularmente preferivelmente até cerca de 470°C, e fornecido para o primeiro estágio de contato 61. Para evitar um dano ao catalisadorem uma operação continua da planta, o conteúdo de dióxido de enxofre, a proporção volumétrica SO2/O2, a pressão de entrada e a temperatura de entrada do gás de contato fornecido para o primeiro estágio de contato 61 e aos estágios de contato que se sucedem 62 a 65 são escolhidos de forma que no estágio de contato respectivo uma temperatura seja obtida, a qual fique abaixo da temperatura que leva a um dano do catalisador, mas acima da temperatura de operação do catalisador.

No resfriamento, 0 gás de processo retirado do primeiro estágio de contato 61 é misturado com oxigênio de tonelagem fornecido através do tubo 16 para ajustar uma proporção volumétrica de S02/02 adequada para o segundo estágio de contato 62, 0 qual, em dependência do conteúdo de S02 do gás de processo, pode corresponder a um conteúdo de oxigênio subes-tequiométrico ou hiperestequiométrico, e é possivelmente fornecido a um resfriador intermediário, a proporção volumétrica ótima dependendo, particularmente, do conteúdo de S02 do gás de processo e da pressão de entrada e da temperatura de entrada do segundo estágio de contato 62.

Devido ao conteúdo de SO2 com parati va mente alto, por um lado, e comparativamente baixo conteúdo de oxigênio, baseando-se no conteúdo de SO2, por outro lado, volumes consideravelmente menores de gás de partida, baseando-se na quantidade de SO2, são fornecidos para o primeiro estágio de contato nesse processo, em comparação com os processos conhecidos da técnica anterior, a qual no somatório resulta em custos de investimento consideravelmente menores em comparação com os processos convencionais. Particularmente, uma quantidade específica significativamente menor de catalisador é necessária como resultado disto.

Ao contrário do aparelho mostrado na figura 2, a planta ilustrada na Figura 3 inclui uma pluralidade de tubos de recirculação 15, 17 e 18, dos quais dois tubos de recirculação 17 cada levam da saída do terceiro estágio de contato 63 e da saída do quinto estágio de contato 65 para o tubo de gás 9, levando ao primeiro estágio de contato 6i, e dos quais dois tubos de recirculação 18, cada um, leva da saída do absorvedor intermediário 4 e da saída do absorvedor final 5 para o queimador de enxofre 1, e através de cada um dos quais um jato parcial do gás de processo é recirculado. Além disso, a-través do tubo de recirculação 15 levando da saída do queimador de enxofre 1 até o tubo de gás 18, um jato parcial do gás de partida contendo S02 é recirculado para o queimador de enxofre 1.

Através da recirculação dos gases do processo, um melhor uso de energia é conseguido em comparação com os processos convencionais, conforme, por meio disto, a energia térmica dos gases do processo quentes parcialmente convertidos e recirculados é utilizada para preaquecer os gases de partida e/ou o queimador de enxofre 1, de forma que meramente uma quantidade correspondentemente menor de energia térmica deva ser fornecida externamente. Além disso, a recirculação dos jatos de gás do processo parciais retirados da saída dos dois contatos 2 e 3, os quais à parte do S02 e do 02 também contém S03, efetua uma melhor variabilidade em termos de controle de processo. Isso é conectado com o fato de que o SO3 desloca 0 equilíbrio termodinâmico da reação de oxidação na parte dos produtos, de forma que nessa modalidade um total de cinco parâmetros, a saber, a temperatura de entrada, a pressão de entrada e os conteúdos de S02l 02 e SO3 estão disponíveis para controlar a temperatura no primeiro estágio de contato 61. Finalmente, a recirculação dos gases de processo também contribui para um rendimento melhor. De acordo com a invenção, entretanto, somente tais quantidades do gás de processo são recirculadas, as quais fornecem um gás de contato fornecido para o primeiro estágio de contato com um conteúdo de dióxido de enxofre de mais do que 16% em volume e com uma proporção volumétrica de dióxido de enxofre em relação ao oxigênio de mais do que 2,67:1.

Ao contrário do aparelho apresentado na figura 3, a planta ilustrada na figura 4 inclui somente um contato 2, o qual consiste nos três estágios de contato de 61 até 63, assim como um absorvedor 5. Além disso, essa modalidade inclui somente um tubo de recirculação 18, que se estende da saída do absorvedor 5, o qual através do tubo parcial 18’ leva ao tubo de entrada 9 para o primeiro estágio de contato 61 e através do tubo parcial 18" para o queimador de enxofre 1. Devido a somente um contato 2, a planta é correspondentemente compacta e econômica, Um rendimento não-obstante de 100%, mesmo com o uso de gases de partida altamente concentrados, baseando-se na quantidade de S02, por exemplo, aqueles com um conteúdo de S02 maior do que 90% em volume, pode ser conseguido por um grau de recirculação correspondentemente aito. 0 diagrama do processo apresentado na figura 5 difere daquele apresentado na Figura 4, razão pela qual além do tubo de recirculação 18 levando da saída do absorvedor 5 para dentro do queimador de enxofre 1, são fornecidos três tubos de recirculação 17 se estendendo desde a saída dos estágios de contato individuais de 61 até 63, os quais convergem para um tubo coletor e leva para o tubo de entrada 9. Pelo fornecimento de um tubo de recirculação 17 depois de cada estágio de contato de 6n até 63, uma variabilidade ainda maior do processo é conseguida em termos de controle de processo.

Listagem de referência 1 - queimador de enxofre 2 - primeiro contato (contato primário) 3 - segundo contato (contato secundário) 4 - absorvedor intermediário 5 - absorvedor final 6 - estágio de contato 7 - tubo de fornecimento de enxofre 8 - tubo de fornecimento para gás de combustão 9 - tubo de fornecimento para o primeiro contato 10 - tubo de gás para o absorvedor intermediário 11 - tubo de fornecimento para o segundo contato 12 - tubo para o absorvedor final 13 - chaminé 14 - tubo de descarte de produto 15 - tubo de atalho 16 - tubo de fornecimento para o oxigênio de tonelagem 17 - tubo de recirculação 18 - tubo de recirculação

Claims

1. Processo para produzir ácido sulfúrico, SO3 líquido ou solução corrosiva no qual um gás de partida contendo dióxido de enxofre reage, pelo menos parcialmente, com oxigênio molecular em, pelo menos, um contato (2, 3) com pelo menos um estágio de contato (61) para formar trióxido de enxofre, e no qual o gás contendo trióxido de enxofre produzido é introduzido em um absorvedor (4, 5) e convertido ali a ácido sulfúrico, caracterizado pelo fato de que um gás de contato com o teor de dióxido de enxofre de 80 a 99,99% em volume e apresentando um teor de oxigênio de 0,01 a 10% em volume e com uma proporção volumétrica de dióxido de enxofre em relação ao oxigênio de mais do que 8:1 é fornecida ao primeiro estágio de contato (61).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás de contato fornecido ao primeiro estágio de contato (61) tem um teor de dióxido de enxofre maior do que 90% em volume.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a proporção volumétrica de dióxido de enxofre em relação ao oxigênio do gás de contato fornecido para o primeiro estágio de contato (61) é maior do que 10:1.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o gás de contato fornecido para o primeiro estágio de contato (61) consiste em 90 a 95% em volume de dióxido de enxofre, de 3 a 7% em volume de oxigênio, e de 0 até maximamente 5% em volume de nitrogênio ou outro gás inerte.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o gás de contato é produzido por combustão ou enxofre elementar com oxigênio de tonelagem.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro estágio de contato (61) inclui um catalisador compreendendo pentóxido de vanádio.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o gás de contato é fornecido para o primeiro estágio de contato (6ι), ο qual inclui um catalisador compreendendo pentóxido de vanádio, com uma temperatura de pelo menos 450^, e particularme nte preferivelmente de pelo menos 470^.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o gás de contato é fornecido ao primeiro estágio de contato (61) com uma pressão de 100 a 3000 kPa (1 a 30 bar), e particularmente preferivelmente de 300 a 1200 kPa (3 a 12 bar).

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o conteúdo de dióxido de enxofre, a proporção volumétrica de SO2/O2, a pressão de entrada e a temperatura de entrada do gás de contato fornecida para o primeiro estágio de contato (61) são escolhidas de forma que no estágio de contato (61) a temperatura seja obtida, a qual está abaixo da temperatura que irá levar a um dano ao catalisador, mas acima da temperatura de operação do catalisador.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que à jusante do primeiro estágio de contato (61), de 2 a 4 outros estágios de contato (62, 63, 64, 65) são fornecidos, os quais preferivelmente são combinados a um ou dois contatos (2, 3).

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o gás de processo deixando o primeiro ao penúltimo estágios de contato (61, 62, 63, 64) é misturado com oxigênio, possivelmente na passagem por um absorvedor intermediário (4), é ajustado até uma temperatura de entrada adequada para o próximo estágio de contato (62, 63, 64, 65) e é fornecido para ser respectivamente próximo do estágio de contato (62, 63, 64, 65).

12. Processo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o gás de processo que sai do último estágio de contato (65) é fornecido para um absorvedor (5).

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 10 a 12, caracterizado pelo fato de que do gás de processo que sai do primeiro estágio de contato (61) e/ou de um ou mais dos gases de processo que saem do segundo ao último estágios de contato (62, 63, 64, 65) pelo me- nos um jato parcial é retirado, e esse jato parcial é misturado com o gás inicial antes que o mesmo entre no primeiro estágio de contato (61) e/ou com o gás de combustão usado para a combustão de enxofre elementar para produzir o gás de partida contendo dióxido de enxofre e/ou é fornecido diretamente ao queimador de enxofre (1).

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 10 a 12, caracterizado pelo fato de que do gás de processo que sai do absorvedor intermediário (4) e/ou do absorvedor final (5) pelo menos um jato parcial é retirado, e esse jato parcial é misturado com o gás inicial antes que o mesmo entre no primeiro estágio de contato (61) e/ou com o gás de combustão usado para a combustão de enxofre elementar para produzir o gás de partida contendo dióxido de enxofre e/ou é fornecido diretamente ao queimador de enxofre (1).

15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que somente um contato (2) com o absorvedor a jusante (5) é fornecido, do gás do processo que sai do estágio de contato (61, 62, 63) um jato parcial é retirado antes e/ou depois do estágio de absorção (5), e esse jato parcial é misturado com o gás de partida antes que o mesmo entre no primeiro estágio de contato (61) e/ou com o gás de combustão usado para a combustão de enxofre elementar para produzir o gás de partida contendo dióxido de enxofre e/ou é fornecido diretamente ao queimador de enxofre (1).

16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 10 a 15, caracterizado pelo fato de que o gás de contato fornecido ao primeiro estágio de contato (61) consiste em 90 a 95% em volume de dióxido de enxofre, de 3 a 7% em volume de oxigênio, de 0,01 a 5% em volume de trióxido de enxofre e de 0 até maximamente 5% em volume de nitrogênio ou outro gás inerte.

17. Planta para produzir ácido sulfúrico, SO3 líquido ou solução corrosiva, particularmente para efetuar um processo como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 16, com pelo menos um contato (2, 3) compreendendo pelo menos um estágio de contato (61) para reagir um gás de partida contendo dióxido de enxofre com oxigênio para obter trióxido de enxofre, e pelo menos um absorvedor (5), caracterizado pelo fato de que a região de entrada do primeiro estágio de contato (61) é conectada com a região de saída de um ou mais estágios de contato (61, 62, 63, 64, 65) e/ou com a região de saída de um ou mais absorvedores (4, 5) através de um ou mais tubos de recirculação (17, 18) e que um queimador de enxofre (1) com uma câmara de combustão para a combustão de enxofre elementar com oxigênio de tonelagem ou ar, e que o queimador de enxofre (1) e/ou a região de entrada da câmara de combustão é conectada com a região de saída de um ou mais estágios de contato (61, 62, 63, 64, 65) e/ou com a região de saída de um ou mais absorvedores (4, 5).

18. Planta, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que pelo menos um tubo de recirculação (17, 18) leva da região de saída do primeiro contato (2) até a região de entrada do primeiro estágio de contato (61).

19. Planta, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizada pelo fato de que a mesma inclui de 3 a 5 estágios de contato (61, 62, 63, 64, 65), preferivelmente combinados em um ou dois contatos (2, 3).