CS197215B2 - Method of producing sulphuric acid - Google Patents

Description

(54) Způsob výroby kyseliny sírové

Předmětem vynálezu je způsob výroby kyseliny sírové, kysličníku sírového a olea v zařízení, pracujícím za tlaku 0,5 MPa nebo vyššího. Vynález se týká vysokotlakého způsobu, jímž se dosáhne velmi vysokého stupně konverze kysličníku siřičitého a tedy velmi nízkého obsahu kysličníku siřičitého v odpadních plynech.

Nynější konvenční zařízení na výrobu kyseliny sírové pracují v podstatě při atmosférickém tlaku bez ohledu na zdroj kysličníku siřičitého. U zařízení, kde se jako výchozí surovina zpracovává síra, zahrnuje výrobní postup obvykle sušení vzduchu, jeho stlačení, spálení síry, katalytickou oxidaci vzniklého kysličníku siřičitého a absorpci získaného kysličníku sírového v koncentrované kyselině sírové. Plynný proud obvykle obsahuje přibližně 8 '% kysličníku siřičitého a při několikastupňové katalýze je možno dosáhnout 98% konverze síry v kyselinu sírovou. Odpadní plyny, obsahující přibližně 2000 ppm kysličníku siřičitého, dále také kyselinu sírovou v podobě mlhy a malé množství neabsorbovaného kysličníku sírového, se pak vypouštějí vysokými komíny do ovzduší. Teplo, které se uvolňuje při spalování síry a oxidaci kysličníku siřičitého na kysličník sírový, se, pokud je to možné, zachycuje a využívá k výrobě páry, která se odvádí a zužitkuje pro jiné účely. Tato výrobní zařízení jsou nákladná, mají velkou rozlohu a vzhledem k obsahu kysličníku siřičitého a sírového, dále také mlhy kyseliny sírové v odpadních plynech představují zdroje značného znečištění ovzduší; proto nejsou ve většině vyvinutých zemí již přijatelná.

U běžných konverzních postupů se oxidace kysličníku siřičitého na kysličník sírový obvykle provádí v několika za sebou upravených ložích s chlazením plynů mezi jednotlivými loži. Výsledná účinnost konverze je ovládána rovnovážným stavem mezi kysličníkem siřičitým, kysličníkem sírovým a kyslíkem, který je závislý na teplotě a tlaku. Lože katalyzátoru jsou upravena tak, aby v nich bylo dosaženo stavu, co nejvíce se blížícího rovnovážnému stavu při nejnižší teplotě, při níž je katalyzátor ještě normálně aktivní. V obvyklém jednoduchém absorpčním zařízení mají plyny na výstupu z konvertoru teplotu přibližně 430 ^CC a účinnost konverze je asi 98%.

Snaha po dosažení vyšší účinnosti konverzního zařízení s menším množstvím kysličníku siřičitého vypouštěného do ovzduší vedla k vyvinutí způsobu „dvojnásobné absorpce“, u něhož je výše popsaný běžný způsob pozměněn v tom smyslu, že se kon cové plyny po absorpci zahřejí na konverzní teplotu a podstatná část kysličníku siřičitého, přítomného v těchto plynech, se přemění v kysličník sírový, který se pak absorbuje ve druhé absorpční soustavě. Poněvadž plyny přiváděné do konvertoru, jako ve všech zařízeních к výrobě kyseliny sírové, obsahují značný nadbytek kyslíku nad stechiometrické množství potřebné pro dokonalé zoxidování kysličníku siřičitého na kysličník sírový, obsahuje plynný proud, který se po prvním absorpčním stupni znovu zahřívá pro další konverzi a druhou absorpci, velký nadbytek kyslíku oproti obsaženému kysličníku siřičitému. Následkem toho se obsah kysličníku siřičitého v plynném proudu uvedenou další konverzí a druhou absorpcí zmenší na zlomek obsahu obvykle získávaného, a lze proto dosáhnout účinnosti konverze například 99,7% nebo i vyšší, která by měla uspokojit ve většině případů požadavky předpisů proti znečišťování ovzduší. Přes svou uspokojivou účinnost konverze je však způsob s „dvojnásobnou absorpcí“ poněkud nevýhodný tím, že vyžaduje další nákladná zařízení a komplikuje výrobní postup.

Výsledkem dalších výzkumných prací, zaměřených na zlepšení účinnosti konverze v zařízení na výrobu kyseliny sírové, bylo zjištění, že se dosáhne zlepšení oxidace kysličníku siřičitého na kysličník sírový, bude-li se tato oxidace provádět za tlaku vyššího než je atmosférický. Několik takových způsobů, při nichž se pracuje za tlaku v rozmezí 0,2 až 1 MPa, je popsáno v řadě patentových spisů, například v britských patentových spisech 467 298, 519 570 a 571 207, v československých patentových spisech č. 98 425, 98 072 a 100 362 a v patentových spisech USA 2 510 684 a 3 455 652. V britském patentovém spisu 1 230 130 a v patentovém spisu USA 3 432 263 se dokonce navrhuje, aby se použilo jak vyššího tlaku, tak i dvojnásobné absorpce, čímž by se dosáhlo lepší regulace obsahu kysličníku siřičitého v koncových plynech. Použití vyššího tlaku u těchto vysokotlakých způsobů má ve srovnání s provozem za atmosférického tlaku a s provozem pracujícím s dvojnásobnou absorpcí za následek zpracování mnohem menších objemů plynu, zlepšení účinnosti konverze, zlepšení aktivity katalyzátoru a možnost použití menších množství katalyzátoru. Avšak použití vyšších tlaků, i když skýtá výše popsané výhody, vede ke značnému zvýšení rozpustnosti kysličníku siřičitého v kyselině sírové, čímž se velmi často vyrobí kyselina sírová, mající nepřijatelně vysoký obsah rozpuštěného kysličníku siřičitého. U postupu, popsaného v patentovém spisu USA 3 432 263, toto vedlo к nutnosti zařadit do výroby vypuzovací kolonu, v níž se obsah kysličníku siřičitého ve vyrobené kyselině sírové sníží na komerčně přijatelnou míru.

Jak je z výše uvedeného zřejmé, byly dosavadní snahy, vyvinout způsoby výroby kyseliny sírové s vyšší účinností konverze a s množstvím kysličníku siřičitého v koncových plynech přijatelným z hlediska čistoty ovzduší, zaměřeny většinou na zlepšení výtěžku katalytické oxidace kysličníku siřičitého na kysličník sírový, ať už odstraňováním kysličníku sírového před posledním stupněm katalýzy, jako při způsobu s dvojnásobnou absorpcí, nebo použitím vyšších provozních tlaků, které podporují tuto oxidaci, nebo konečně kombinací obou těchto způsobů.

Nyní bylo zjištěno, že kombinovaného účinku použití tlaku vyššího, než je atmosférický, v zařízení na výrobu kyseliny sírové je možno velmi výhodně použít ve zlepšeném způsobu, jímž je možno získat kyselinu sírovou, prakticky prostou kysličníku siřičitého, a koncové plyny, jež lze bez námitek z hlediska čistoty ovzduší vypouštět do atmosféry, aniž by bylo nutné použít sekundární konverze a absorpce.

Je tedy účelem vynálezu poskytnout zlepšený a hospodárný způsob výroby kyseliny sírové, pracující za tlaků vyšších než atmosférický, jímž lze dosáhnout velmi vysoké účinnosti konverze síry a zpětného získání energie, aniž by se vyznačoval složitostí stávajících zařízení pro výrobu kyseliny sírové.

Jiným účelem vynálezu je poskytnout jednoduchý způsob výroby kyseliny sírové, při němž se kyseliny sírové používá pro absorbování a recyklování nepřeměněného kysličníku siřičitého, sušicí soustavy se používá současně pro sušení vzduchu a pro vypuzení kysličníku siřičitého z kyseliny sírové, a absorpční soustava je upravena nejen pro absorbování kysličníku sírového, avšak též pro absorbování prakticky veškerého nezreagovaného kysličníku siřičitého z proudu přeměněných plynů, čímž se dosáhne celkové účinnosti, která je mnohem větší než účinnost, jíž lze dosáhnout samotnou katalýzou.

Dalším účelem je poskytnout způsob, jímž je možno přímo vyrábět kapalný kysličník sírový a oleum všech koncentrací bez nutnosti použití dalších absorpčních věží a/nebo destilačních kolon pro obohacení.

Ještě jiným účelem je poskytnout způsob, při němž tlak vyšší než atmosférický umožňuje alespoň částečnou kondenzaci kysličníku sírového a současnou kondenzaci části nezreagovaného kysličníku siřičitého před absorpční soustavou, s reclrkulací části nebo veškerého současně zkondenzovaného kondenzátu do sušicí soustavy.

Způsob podle vynálezu к vysokotlaké výrobě kyseliny sírové konverzí kysličníku siřičitého v kysličník sírový v přítomnosti suchého vzduchu a za tlaku vyššího než atmosférický se vyznačuje tím, že se plynný proud po konverzi vede za tlaku 0,5 až 5 MPa do absorpční zóny, jíž cirkuluje koncentrovaná kyselina sírová, prakticky prostá kysličníku siřičitého, к pohlcení kysličníku sírového a nepřeměněného kysličníku s<

řičitého z uvedeného plynného proudu po konverzi, tlak kyseliny se sníží na hodnotu v rozmezí od atmosférického tlaku do 1 MPa, avšak alespoň o 0,4 MPa nižší, než je tlak v absorpční zóně, tato kyselina se přivádí do protiproudého styku se vzduchem nebo s plynem prostým kysličníku siřičitého v sušicí zóně, kde dochází současně k pohlcování vlhkosti ze vzduchu nebo z plynu prostého kysličníku siřičitého kyselinou a k uvolňování kysličníku siřičitého z kyseliny do vzduchu nebo do plynu prostého kysličníku siřičitého, vzniklá směs suchého vzduchu nebo plynu prostého kysličníku siřičitého s kysličníkem siřičitým se stlačí na tlak 0,5 až 5 MPa a použije jako provozní vzduch při konverzi síry nebo kysličníku siřičitého na kysličník sírový, výsledný proud kyseliny sírové, prakticky zbavené kysličníku siřičitého, odcházející ze sušicí zóny se ochladí a rozdělí ve dva dílčí proudy, z nichž jeden se odvádí jako vyrobená kyselina sírová a druhý se používá . v absorpční zóně jako koncentrovaná kyselina sírová k pohlcování kysličníku sírového a kysličníku siřičitého z plynného proudu po konverzi.

Popsán podrobněji v obměně k výrobě kyseliny sírové z plynu s obsahem kysličníku siřičitého, získaného spálením síry, způsob podle vynálezu zahrnuje sušení vzduchu za tlaku až 1 MPa proudem kyseliny sírové, bohaté kysličníkem siřičitým, při němž se uvolňuje kysličník siřičitý z proudu kyseliny do proudu vzduchu a současně vzniká proud kyseliny sírové prakticky zbavené kysličníku siřičitého, stlačení vzniklé směsi suchého vzduchu s kysličníkem siřičitým na tlak v rozmezí 0,5 až 5 MPa, přivádění proudu vzduchu do pece na spalování síry, kde vzduch reaguje se sírou za vzniku horkého plynu, obsahujícího kysličník siřičitý, jako výchozí suroviny, ochlazení tohoto plynu a jeho uvedení ve styk s katalyzátorem, například kysličníkem vanadičným, čímž se kysličník siřičitý zoxiduje na kysličník sírový a teplo, vzniklé při katalytické reakci, se podle potřeby odvádí, ochlazení výsledné plynné směsi po konverzi, jež obsahuje významné množství kysličníku sírového a stopy kysličníku siřičitého, a uvádění této plynné směsi po konverzi do absorpční zóny za uvedeného tlaku v rozmezí 0,5 až 5 MPa protiproudně k proudu kyseliny sírové prakticky prosté kysličníku siřičitého, získané při sušení vzduchu, čímž se dosáhne úplného pohlcení kysličníku sírového a prakticky úplného pohlcení nepřeměněného kysličníku siřičitého. Kyselina sírová bohatá kysličníkem siřičitým, která vychází z absorpční zóny, se vede do zařízení k uvolnění tlaku nebo do turbíny, kde se její tlak sníží na tlak v sušicí zóně, načež se vrací do uvedené sušicí zóny, kde slouží k sušení vzduchu, a kde se z ní uvolní kysličník siřičitý, jak bylo již výše popsáno. Jakékoliv potřebné přídavky vody a odběr produk6 tu se provádějí po sušení vzduchu a uvolnění kysličníku siřičitého. Plynný proud, odcházející z absorpční zóny, se ohřeje teplem, vzniklým během výroby nebo jinde, nechá expandovat k získání energie a vzhledem k velmi nízkému a tedy z hlediska ochrany ovzduší přijatelnému obsahu kysličníku siřičitého se vypouští komínem přímo do okolní atmosféry.

Při výhodném provedení způsobu podle vynálezu plynná směs, odcházející z konverzní zóny, prochází před absorpcí kondenzátorem, v němž se společně zkondenzuje 5 až 90 hmotnostních % kysličníku sírového a až ' 70 hmotnostních % kysličníku siřičitého z množství, přítomných v uvedené plynné směsi, načež se zbylý nezkondenzovaný kysličník sírový a kysličník siřičitý vedou do absorpční zóny. Získaný společný kondenzát, sestávající převážně z kapalného kysličníku sírového, je pak možno odvádět jako produkt, a/nebo vstřikovat do proudu kyseliny sírové bohaté kysličníkem siřičitým, jenž odchází z absorpční zóny, v jakémkoliv množství až do 100 %. Tento postup je velmi výhodný tím, že se plynný proud po konverzi značně ochladí a tím se usnadní následná absorpce.

Jak je zřejmé z výše uvedeného popisu, získá se způsobem podle vynálezu koncový plyn, mající z hlediska čistoty ovzduší přijatelný nízký obsah kysličníku siřičitého, tím, že se uvádí ve styk plynný proud po konverzi s proudem kyseliny sírové, prakticky zbavené kysličníku siřičitého, která má optimální schopnost pro absorbování nejen kysličníku sírového, ale zejména též kysličníku siřičitého, přítomných v uvedeném plynném proudu po konverzi. Mimoto se tlakové a teplotní podmínky v absorpční zóně volí tak, aby podporovaly spíše absorpci kysličníku siřičitého než sírového, jehož koeficient hmotového přestupu při absorpci je mnohem vyšší než týž koeficient kysličníku siřičitého. Bylo zjištěno, že tlak musí být v rozmezí 0,5 až 5 MPa, s výhodou v rozmezí 1,5 až 2,5 MPa, zatímco teplota proudu kyseliny na vstupu do absorpční zóny má být v rozmezí 20 až 60 °C, s výhodou 30 až 50°C.

Po výstupu z absorpční zóny se proud kyseliny sírové, obsahující absorbovaný kysličník siřičitý, vede po' uvolnění tlaku do hlavy sušicí zóny, kde se kysličník siřičitý desorbuje a přechází do vzduchu používaného jako surovina; vzniklá směs se přidává k plynné surovině, přiváděné do konverzní zóny. Rovněž v sušicí zóně se tlakové a teplotní podmínky volí tak, aby podporovaly desorpci kysličníku siřičitého ' z proudu kyseliny sírové. Jako vhodný byl shledán tlak do 1 MPa, s výhodou do 0,5 MPa, a zejména atmosférický tlak. Teplota proudu kyseliny na vstupu do sušicí zóny má být v rozmezí 20 až 75 °C, s výhodou v rozmezí 30 až 50 ^CC. I když je možno použít vyšší teploty, není to žádoucí vzhledem k tomu, že by to mělo za následek expanzi vzduchu používaného jako surovina, který však se musí bezprostředné po výstupu ze sušicí zóny stlačit na tlak, panující v absorpční zóně.

V souhlasu se zásadami vynálezu, které jsou zaměřeny к tomu, aby podporovaly absorpci kysličníku siřičitého do kyseliny sírové a jeho desorpcí z ní, musí být tlak, udržovaný v sušicí zóně, neustále nižší než tlak, udržovaný v absorpční zóně. Bylo zjištěno, že rozdíl mezi oběma těmito tlaky má činit alespoň 0,4 MPa, s výhodou alespoň

1,5 MPa.

Vynález je blíže objasněn dále uvedenými příklady a přiloženými výkresy. Na obr. 1 a 2 jsou znázorněna schémata výrobních postupů, upravených pro provádění způsobu podle vynálezu.

Příklad 1

Způsob podle vynálezu ve výhodném provedení, znázorněném na obr. 1, se použije ve výrobně kyseliny sírové o kapacitě 250 tun denně. Tato výrobna používá jako surovin síry, vzduchu a vody. Vstupní proud 1 vzduchu v množství 31 752 kg/h, postačujícím к výrobě plynu s obsahem 9% kysličníku siřičitého v konvertoru, se vede vzduchovým filtrem 2 a stlačí na tlak 0,78 MPa v primárním kompresoru 3. Stlačený proud 1 vzduchu se pak vede potrubím 4 do kondenzátoru 5, kde se ochladí, přičemž se současně z něho kondenzací odstraní vodní pára. Tato kondenzace je výhodná tím, že se jí sníží množství vlhkosti přiváděné do výrobního postupu a umožní se tím výroba prakticky bezvodého produktu. Proud 1 vzduchu, který při výstupu z kondenzátoru 5 má teplotu 32 °C, tj. teplotu o 11^CC vyšší, než je vstupní teplota chladicí vody, se pak potrubím 7 vede do sušicí zóny 6, zatímco zkondenzovaná vodní pára se odvádí jako voda z výrobního zařízení potrubím 8. V sušicí zóně 6 se proud 1 vzduchu suší na velmi nízký obsah vlhkosti stykem s proudem 9 kyseliny, bohatým kysličníkem siřičitým, který se přivádí, jak bude v dalším popsáno, z absorpční zóny, a vypudí většinou rozpuštěného kysličníku siřičitého z uvedeného proudu kyseliny. Tento proud 9 kyseliny, bohatý kysličníkem siřičitým, se do sušicí zóny 6 přivádí potrubím 10 a 11 přes chladič 12. V sušicí zóně 6 se udržuje uvedený primární tlak 0,78 MPa a teplota v rozmezí 40 až 70 °C. Sušicí zónou 6 je buď plněná, nebo patrová kolona nebo věž, ačkoliv je možno podle okolností použít i jiných typů kontaktních zařízení, jako jsou Venturiho pračky.

Po výstupu ze sušicí zóny 6 se proud 1 vzduchu, nyní již obsahující kysličník siřičitý vypuzený z proudu 9 kyseliny, vede potrubím 13 do vyrovnávací nádrže 14, odtud do sekundárního kompresoru 15, kde se jeho tlak zvýší na 2,81 MPa, a pak potrubím do pece 16 na spalování síry. V peci 16 obíhají potrubími 18, resp. 19, vodní pára, resp. koncové plyny, čímž se reguluje teplota plynu, vzniklého spálením síry v přítomnosti proudu 1 vzduchu, a získá se proud 20 přehřáté páry a proud 21 horkých koncových plynů, z něhož, jak bude v dalším popsáno, se později získá energie expanzí ve vhodných turbínách 22 a 23 к zpětnému získávání energie. Síra se do pece 16 přivádí v roztaveném stavu potrubím 24, 25 a 26 přes čerpadlo 27 z tavící jednotky 28 a hlavního přívodu 29 síry. Proud 30 plynů, odcházející z pece 16, má obsah kysličníku siřičitého 9 % a teplotu v rozmezí 350 až 450 °C a je vhodný jako vstupní surovina pro konvertor 33, v němž se kysličník siřičitý katalyticky přemění v kysličník sírový. Horký proud 30 plynů se tedy nejprve vede do filtru 31 horkých plynů к odstranění nečistot, načež jde potrubím 32 do zmíněného konvertoru 33, kde se obsažený kysličník siřičitý prakticky úplně přemění v kysličník sírový. Tepla, vznikajícího v konvertoru, se využívá к zahřátí koncových plynů v potrubí 34, dříve než tyto vstupují do pece 16 potrubím 34a pro poslední zahřátí před expanzí v turbíně 22. к zpětnému získávání energie. Při sekundárním provozním tlaku 2,8 MPa, použitém při výrobním postupu, je běžné dosahovat účinnosti konverze 99,7% nebo vyšší a získávat odpadní plyny s obsahem kysličníku siřičitého 300 ppm nebo nižším. Aby se však podstatně zvýšila účinnost konverze a snížil obsah kysličníku siřičitého v odpadních plynech, je proud 35 plynů po konverzi, odcházející z konvertoru 33, tj. plyn obsahující vzniklý kysličník sírový a malé množství nepřeměněného kysličníku siřičitého, podroben dále popsanému zpracování v souhlasu s vynálezem. Po výstupu z konvertoru 33 se proud 35 plynů po konverzi o teplotě přibližně 400 °C ochladí v ohřívači 36 provozní vody na přibližně 200^c Celsia, načež vstupuje do kondenzátoru 37, kde 80 % kysličníku sírového a nejméně 28 % kysličníku siřičitého společně zkondenzuje. Z kondenzátoru 37 jde proud 35 potrubím 38 do dolní části absorpční zóny 39, kde se zbytek kysličníku sírového a většina zbývajícího kysličníku siřičitého pohltí v proudu kyseliny sírové, přiváděné do horní části absorpční zóny. Společný kondenzát kysličníku sírového a kysličníku siřičitého se zcela nebo zčásti přidává potrubím 40 do proudu 41 kyseliny, vycházejícího ze spodku absorpční zóny 39 a recirkulovaného do sušicí zóny 6 potrubími 42, 9 a 10 přes chladič 12 a potrubí 11, po průchodu zařízením 43 pro snížení tlaku. Případná část společného kondenzátu, která se nepřidá do proudu 41 kyseliny, se odvádí jako vyrobený kysličník sírový potrubím 44. Má-li se vyrobit oleum nebo odstranit více kysličníku siřičitého a kysličníku sírového z plynů po konverzi před zavedením do absorpční zóny 39, zkrápí se kondenzátor 37 kysličníku sírového studenou kyselinou · sírovou.

Absorpční zónou je plněná nebo patrová kolona, v níž se protiproudně vedou proud plynů po konverzi, přicházející z kondenzátoru 37, a absorbující proud kyseliny,· a v níž se kysličník siřičitý a kysličník sírový prakticky úplně odstraní z proudu plynů po konverzi. Tím vzniká proud 45 velmi čistých odpadních plynů a proud 41 kyseliny, bohatý kysličníkem siřičitým, který cirkuluje přes zařízení 43 pro snížení tlaku do sušicí zóny 6 za tlaku, panujícího na výstupu z primárního kompresoru 3. V sušicí zóně přejde kysličník siřičitý, obsažený v proudu kyseliny přiváděném potrubím 10, a/nebo 11, prakticky úplně do proudu vzduchu používaného jako surovina, který se přivádí potrubím 7. Ze sušicí zóny 6 jde kyselina, zbavená kysličníku siřičitého, potrubím 46 do čerpací nádrže 47, kde se podle potřeby ředí vodou, přiváděnou potrubím 48, pro získání požadované koncentrace. Z čerpací nádrže 47 se pak kyselina čerpá potrubím 50 a 51 do hlavního chladiče 49 kyseliny a odtud do absorpční zóny 39 pro další absorpci nezkondenzovaného kysličníku sírového a kysličníku siřičitého, přiváděných potrubím 38, za tlaku, panujícího na výstupu ze sekundárního kompresoru 15. Vyrobená kyselina se odvádí z výroby potrubím 52.

Typický obsah kysličníku siřičitého v proudu kyseliny, přiváděného do absorpční zóny 39 přes chladič 49 a odváděného z ní potrubím 41, je 8 a 80 ppm. Při výše popsané výrobě kyselina obíhá v množství číslo 181 437 až 226 796 kg za hodinu s koncentrací 97 až 100 %. Kyselina, přiváděná do horní části absorpční zóny, protéká absorpční zónou a proudí ze spodku absorpční zóny do horní části sušicí zóny účinkem tlakového rozdílu mezi absorpční a sušicí zónou. Absorpční zóna je opatřena velmi účinným zařízením k odstraňování mlhy (nezakresleno), a proud 45 stlačených odpadních plynů se zahřívá v konvertoru v potrubí 34, dále se zahřívá v peci v potrubí 19, načež expanduje v turbíně 22 k zpětnému získávání energie a pak se vypouští do atmosféry potrubím 53 a komínem. Množství kysličníku siřičitého, vypouštěného do atmosféry ve výrobně s denní produkcí 250 tun, činí 55,8 kg denně, což odpovídá 226,8 g kysličníku siřičitého na 1 tunu vyrobené kyseliny.

Pokud jde o energetickou stránku, primární 3 a sekundární kompresor 15 vyžadují příkon mírně vyšší než 3677,5 kW, z čehož 80 % se získává z expanze koncových plynů, jak bylo výše popsáno, a zbytek tím, že se použije části hlavního proudu provozní páry v kondenzační turbíně 23; zbytek páry v množství 4536 až 6804 kg za hodinu se odvádí z výrobny. Provozní pára se nejprve vyrobí výměnou tepla s proudem 35 plynů po konverzi v hlavním ohřívači 36

11) provozní vody, načež se vede potrubím 54 do pece 16, v níž se dále zahřeje · v potrubí 18, a pak se přivádí potrubím 20 do kondenzační turbíny 23. Pára odváděná z výrobny odchází potrubím 55 odvětvujícím se z potrubí 20. Nezkondenzovaná pára z turbíny 23 se odvádí do kondenzátoru 56, kde zkondenzuje.

Příklad 2

Způsob podle vynálezu se použije ve výrobně kyseliny sírové o kapacitě 250 tun denně, v níž se jako výchozích surovin používá síry, vzduchu a vody. Tato výrobna je podobná výrobně, znázorněné na obr. 1, nemá však kondenzační zařízení pro kondenzaci kysličníku sírového. V tomto příkladu se vzduch stlačuje, chladí a suší za průměrňého tlaku asi 0,7 MPa. Činidlem, použitým pro sušení, je proud kyseliny sírové, odcházející ze spodku absorpční zóny; obsahuje většinu nepřeměněného kysličníku siřičitého, vycházejícího z konventorové soustavy. Při tomto sušení se obsah kysličníku siřičitého v kyselině sníží z asi 90 ppm na asi 9 ppm, čímž uvolněný kysličník siřičitý přejde do vzduchu, vstupujícího do výroby v množství přibližně 18,1 kg/h. Obsah vlhkosti vzduchu se · rovněž sníží pod 35,3 mg/m³, což je velmi přijatelné u běžných zařízení pro výrobu kyseliny sírové. 98% kyselina sírová se používá při teplotě přibližně 60 °C.

Suchý vzduch, obsahující recyklovaný nepřeměněný kysličník siřičitý, se pak dále stlačí na tlak 2,2 MPa a za tohoto tlaku se použije pro spálení síry ve vysokotlaké peci na spalování síry, čímž se získají horké plyny o teplotě téměř 1000 °C, obsahují 9 % kysličníku siřičitého. Tento proud plynů se pak ochladí na teplotu přibližně 400 ^C'C a vede řadou loží katalyzátoru, v nichž se převážná část kysličníku siřičitého zoxiduje na kysličník sírový (99,7% oxidace). Proud plynů odcházející z konvertoru, který obsahuje asi 300 ppm kysličníku siřičitého, se pak ochladí a vede do absorpčního zařízení, kde se pohltí veškerý kysličník sírový a asi 90 % zbylého nepřeměněného kysličníku siřičitého. Plyny, odcházející z absorpčního zařízení kysličníku sírového, se pak znovu zahřejí, nechají expandovat na atmosférický tlak v turbíně pro zpětné získávání energie a vypouštějí do okolního ovzduší s obsahem kysličníku siřičitého asi 40 ppm. Kyselina v absorpčním zařízení má teplotu přibližně 40 °C a koncentraci 98 až 99 %.

Při výše popsaném postupu činí množství cirkulující kyseliny asi 181437 kg/h; kyselina proudí absorpčním zařízením shora dolů a je pak dopravována do horní části sušicí/vypuzovací zóny účinkem tlakového rozdílu mezi oběma těmito zařízeními. Ze sušicí zóny jde kyselina do čerpací nádrže, odkud se čerpá cirkulačními čerpadly do chladiče kyseliny a pak zpět do hlavy absorpční197215 ho zařízení. Tento oběh kyseliny je výhodný ve srovnání s cirkulací, nutnou při všech způsobech pro sušení a absorpci; takto vedený oběh -představuje pouze jednu kyselinovou soustavu s jednou sadou čerpadel místo uvedených dvou soustav s normálně používanými, zcela oddělenými kontrolními a regulačními zařízeními.

Použitím výše popsaného způsobu podle vynálezu je možno získat odpadní plyny s obsahem kysličníku siřičitého pouze 20 ppm, což odpovídá celkové účinnosti zařízení 99,98 %.

Příklad 3

Velmi výhodné provedení způsobu podle vynálezu je schematicky znázorněno na obr. 2; zde je tohoto způsobu použito u zařízení pro výrobu kyseliny sírové s kapacitou 2000 tun denně, v němž se jako výchozích surovin používá síry, vzduchu a vody, a jež je konstruováno na celkovou účinnost 99,85 °/o.

Při tomto provedení se vstupní proud 5B vzduchu v množství 2775 m3/min., postačujícím k získání vstupního proudu plynů obsahujícího 12 hmotnostních o/₀ kysličníku siřičitého, vede přes vzduchový filtr 57 do sušicí zóny 58 za atmosférického tlaku, v níž se uvádí v protiproudý styk s proudem koncentrované kyseliny sírové, mající, jak bude v dalším popsáno, vysoký obsah kysličníku siřičitého. V sušicí zóně 58 se vzduch stykem s kyselinou sírovou suší a z této se vypudí rozpuštěný kysličník siřičitý, čímž vznikne proud 59 suchého vzduchu obsahující desorbovaný kysličník siřičitý a proud 60 kyseliny sírové prakticky zbavené kysličníku siřičitého. Po odstranění mlhy - kyseliny sírové v obvyklém zařízení na odstraňování mlhy (neznázorněno) se proud 59 suchého vzduchu stlačí na tlak přibližně 0,2 MPa ve vhodném kompresním zařízení představovaném primárním 61 a sekundárním kompresorem 62, za případného mezichlazení v chladičích 63. Suchý vzduch, nyní s tlakem asi 0,2 MPa, se pak vede do pece 64 na spalování síry potrubím 65 ve směsi s určitým množstvím koncových plynů, přiváděných potrubím 66 do kompresoru 62 a používaných pro regulování teploty v peci 64. Do pece 64 se přivádí proud 67 síry, která se zde spaluje stykem se vzduchem, přiváděným potrubím 65. Tím se získá proud 68 plynů, který obsahuje asi 10 hmotnostních % kysličníku siřičitého. Teplota plynů, vzniklých v peci, se sníží na hodnotu, potřebnou při katalýze, jednak výměnou tepla s koncovými plyny přiváděnými potrubím 69 před jejich expanzí v expandéru 70, jednak vyrobením páry v potrubí a přehříváním páry, vracené ze sběrače páry potrubím 73; přehřátá pára se pak potrubím 74 přivádí do parní turbíny 75.

Ochlazený proud 68 plynů, který obsahuje asi 10 hmotnostních % kysličníku siřičitého, se pak vede do konvertoru 76, v němž se kysličník siřičitý prakticky úplně zoxiduje na kysličník sírový. Teplo, vzniklé při oxidaci, se předává výměnou tepla koncovým plynům, vedeným konventorem v potrubí 69.

Z konventoru 76, v němž se dosáhne 99'% konverze, se přeměněný proud 77 plynů vede do chladičů 78 a 79, kde se ochladí, načež prochází kondenzátorem 80, v němž se zkapalní přibližně 70 hmotnostních % kysličníku sírového a 50 hmotnostních % kysličníku siřičitého. Nezkondenzovaný podíl proudu přeměněných plynů se pak potrubím 81 vede do absorpčního zařízení 82, kde se absorbuje kysličník sírový a z proudu se odstraní kysličník siřičitý. V absorpním zařízení 82 se proud 83 kyseliny sírové, prakticky zbavené kysličníku - siřičitého, o koncentraci přibližně 98% a teplotě 35 °C vede protiproudně s proudem přeměněných plynů, přiváděným potrubím 81, čímž se v kyselině sírové pohltí asi 65 hmotnostních proč, kysličníku siřičitého a prakticky veškerý zbylý kysličník sírový. Touto absorpcí se získají koncové plyny 84 s tak nízkým obsahem kysličníku siřičitého, - že to odpovídá celkové účinnosti zařízení 99,85 % na rozdíl od účinnosti konverze v konvertoru, které je pouze 99%.

Koncové plyny 84 se pak rozdělí v menší proud 68, který se recykluje do výrobního postupu, jak výše popsáno, a v hlavní proud 69, který se znovu zahřeje v konvertoru 76 na teplotu asi 500 -“C a v peci 64 na asi 550° Celsia, dříve než se nechá expandovat v expandéru 70, v němž se získá energie ekvivalentní 16 180 kW, využívaná pro pohon kompresorů 61 a 62, který teoreticky vyžaduje 24 271 kW. Po získání energie z koncových plynů, které obsahují zanedbatelné množství kysličníku sírového, velmi malé množství mlhy kyseliny sírové a asi 200 ppm kysličníku siřičitého, se tyto vypouštějí potrubím 85 -a komínem (nezakresleným) do atmosféry, přičemž mají teplotu v rozmezí 150 až 200 °C.

Po absorbování kysličníku sírového a kysličníku siřičitého z proudu přeměněných plynů v absorpčním zařízení 82 se proud 83 koncentrované kyseliny sírové, - který na vstupu do absorpčního zařízení - má koncentraci S8 % a obsah kysličníku siřičitého asi 40 až 50 ppm, odvádí z absorpčního zařízení potrubím 86 se zvýšenou koncentrací 98,5 % a se zvýšeným obsahem kysličníku siřičitého asi 200 ppm za zvýšené teploty 50 °C následkem pohlcení tepla, vzniklého absorpcí kysličníku sírového. Proud 86 kyseliny sírové, bohatý kysličníkem siřičitým, se pak mísí za tlaku 2 MPa, panujícího v absorpčním zařízení, s proudem 87, tvořeným společnými kondenzáty kysličníku siřičitého a kysličníku sírového, z kondenzátoru 80 a výsledný spojený proud 88, který má koncentraci 99 až 99,5 % a teplotu 65° Celsia, se vede do zařízení k uvolnění tlaku nebo do turbíny 89, kde se tlak sníží prak197215 ticky na atmosférický, přičemž se uvolní energie, ekvivalentní přibližně 220 kW. Po výstupu z turbíny 89 se proud kyseliny sírové, bohatý kysličníkem siřičitým, vede při atmosférickém tlaku potrubím 90 do chladiče 91, kde se ochladí na teplotu asi 30 °C; odtud se vede potrubím 92 do sušicí zóny 58. Jakékoliv množství vody, potřebné k úpravě koncentrace kyseliny, se přidává potrubím 93 na spodku sušicí zóny. Proud ’ 60 kyseliny se odvádí s teplotou 65 °C přes chladič 84 do čerpací nádrže 95, z něhož se menší část kyseliny odvádí potrubím 96 jako produkt a větší část se potrubím 97 vede do čerpadla 98 na kyselinu o příkonu

367,7 kW, jímž se tlak kyseliny zvýší natolik, aby mohla proudit potrubím 83 do absorpčního zařízení 82.

Při výrobě vzniká přehřátá pára v množství přibližně 90 718 kg/h ze studené demineralizované přívodní vody, přičemž se získává zpět teplo výměnou tepla v chladičích 63 (mezi kompresory 61 a 62), v peci 64 v potrubí 71 a 73 a z proudu 69 přeměněných plynů. Další teplo je možno popřípadě získat z koncových plynů 85 a z kompresorů. Proud 74 přehřáté páry se nechá expandovat při průchodu parní turbínou 75, čímž se získá dalších 8090 kW, potřebných k pohonu kompresorů 61 a 62. Z turbíny se pak odvádí proud 99 páry o tlaku asi 0,7 MPa a teplotě 285 ^CC v množství 1,15 t/t kyseliny sírové k použití mimo výrobnu kyseliny sírové.

I když při výhodných provedeních způsobu podle vynálezu se získává kapalný kysličník sírový přímou kondenzací, není to jediný způsob, jak jej lze získat. Jinou možností například je, přivádět přeměněné plyny alespoň zčásti do oleové jednotky, kde

Claims (7)

1. PŘEDMĚT

   1. Způsob výroby kyseliny sírové, při němž se proud vzduchu vede sušicí zónou, kde se suší proudem koncentrované kyseliny sírové, výsledný suchý vzduch použitý jako surovina se stlačí na tlak v rozmezí 0,5 až 5 MPa a vede do konverzní zóny spolu s provozním proudem plynů obsahujícím kysličník siřičitý, v kteréžto zóně se kysličník siřičitý katalyticky přemění v kysličník sírový a výsledný proud přeměněných plynů, obsahující kysličník sírový spolu s malým množstvím nepřeměněného kysličníku siřičitého, se vede do absorpční zóny, kde se uvádí ve styk s proudem roztoku kyseliny sírové za vzniku další kyseliny sírové, vyznačující se tím, že proud roztoku kyseliny sírové cirkuluje v absorpční zóně protiproudně k proudu přeměněných plynů, čímž se kysličník siřičitý, přítomný v proudu přeměněných plynů, v kyselině sírové úplně rozpustí, veškeré množství kyseliny sírové obsahující kysličník siřičitý se odvádí z absorpční zóny, ochladí a jeho tlak se sníží se kysličník sírový rozpustí v koncentrované kyselině sírové, přičemž se případný nerozpuštěný plyn vede do absorpčního zařízení. Do cirkulujícího proudu kyseliny je možno vstřikovat až 100 % vzniklého olea, přičemž se případný zbytek olea získává jako produkt, který je možno následně destilovat k výrobě kysličníku sírového.

   Ačkoliv v uvedených příkladech byla jako zdroj kysličníku siřičitého uvedena . elementární síra, je samozřejmě možno použít i jiných zdrojů, jako je například kapalný kysličník ' siřičitý, sirovodík, odpadní plyny z pražení sirníkových rud atd.

   Koncentrace proudu kyseliny sírové, obíhajícího v absorpčním zařízení a v sušicí zóně, se může pohybovat v mezích od dolní hranice 93 %, která je dána schopností kyseliny k odstranění vodní páry v sušicí zóně, do horní hranice 100 °/o, při níž je možné získat ' oleum. V praxi je nejkoncentrovanější kyselina ve výrobním postupu v místě, kde se mísí kondenzát kysličníku sírového s proudem kyseliny sírové z absorpčního zařízení (v případě, že se používá kondenzátoru kysličníku sírového] nebo na ’ výstupu kyseliny sírové z absorpčního zařízení (když se nepoužívá kondenzátoru kysličníku sírového). Bylo zjištěno, že k dosažení nejlepších výsledků, jako jsou optimální sušení, minimální koroze zařízení a optimální absorpce kysličníku sírového, má být koncentrace proudu kyseliny sírové udržována v rozmezí 98 až 99 %.

   I když byla za účelem bližšího objasnění vynálezu popsána určitá reprezentativní provedení, je odborníkům zřejmé, že je možno ve způsobu podle vynálezu provést různé změny a úpravy, aniž by se tím vybočilo z rámce vynálezu.

   vynalezu na hodnotu v rozmezí od atmosférického tlaku do 1 MPa, avšak alespoň o 0,4 MPa nižší, než je tlak v absorpční zóně, veškeré množství kyseliny sírové obsahující kysličník siřičitý se za uvedeného nižšího tlaku vede do sušicí zóny, jíž prochází protiproudně k proudu vzduchu, čímž se jednak pohltí vlhkost z proudu vzduchu do . kyseliny, jednak se vypudí kysličník siřičitý z kyseliny do proudu vzduchu, výsledná směs kysličníku siřičitého a suchého vzduchu se použije jako proud vzduchu tvořící surovinu, a proud kyseliny sírové prosté kysličníku siřičitého se po výstupu ze sušicí zóny rozdělí ve dvě části, z nichž jedna se odvádí jako vyrobená kyselina sírová a · druhá se čerpá do absorpční zóny a používá jakožto roztok kyseliny sírové pro další absorpci kysličníku sírového a kysličníku siřičitého z proudu přeměněných plynů.
2. 2. Způsob podle bodu 1 vyznačující se tím, že předtím, než se proud přeměněných plynů zavede do absorpční zóny, prochází kondenzátorem, v němž společně zkondenzuje 5 až 90 hmotnostních ο/₀ kysličníku sírového a až 70 hmotnostních % kysličníku siřičitého, obsažených v tomto proudu.
3. 3. Způsob podle bodu 2 vyznačující se tím, že do proudu kyseliny sírové, vycházejícího z absorpční zóny, se vstřikuje až do 100 % výsledného společného kapalného kondenzátu a případný zbytek se získává jakožto vyrobený kapalný kysličník sírový.
4. 4. Způsob podle bodu 1 vyznačující se tím, že v absorpční zóně se udržuje tlak v rozmezí 1,5 až 2,5 MPa a v sušicí zóně tlak v rozmezí od atmosférického tlaku do 0,5 MPa.
5. 5. Způsob podle bodu 4 vyznačující se tím, že tlak v sušicí zóně se rovná atmosférickému tlaku.
6. 6. Způsob podle ·bodu 3 vyznačující se tím, že v absorpční zóně se udržuje tlak v rozmezí 1,5 až 2,5 MPa a v sušicí zóně tlak v rozmezí od atmosférického tlaku do 0,5 MPa.
7. 7. Způsob podle bodu 6 vyznačující se tím, že tlak v sušicí zóně se rovná atmosférickému tlaku.