(54) Způsob katalytické oxidace kysličníku siřičitého na kysličník sírový

2

Vynález se týká způsobu oxidace kysličníku siřičitého na kysličník sírový při výrobě kyseliny sírové dvoustupňovou konverzí s absorpčním mezistupněm. Podstata vynálezu spočívá v tom, že plyny opouštějící abstírpční mezistupeň a vedené do druhého oxidačního stupně se zahřívají povrchovým zahříváním ve dvou stupních, nejprve plyny opouštějícími poslední patroi prvního oxidačního stupně a potom plyny opouštějícími předposlední patro prvního oxidačního stupně, a plyny vedené do absorpčního mezistupně se ochladí povrchovým chlazením nejprve pomocí plynů přicházejících do! druhého stupně konverze a potom vzduchem určeným pro· spalování síry.

Vynález se týká způsobu oxidace kysličníku siřičitéhoí na kysličník sírový, zvláště při výrobě kyseliny sírové dvoustupňovou kloinverzí s absorpčním! mezistupněm, přičemž uvedený způsob uímožňuje lepší přenos tepila vznikajícího při katalytické oxidaci kysličníku siřičitého! na kysličník sírový.

Soudobé výrobní postupy používají alespoň d,va oxidační stupně s mezistupněm absorpce kysličníku sírového, aby se získal vyšší stupeň konverze kysličníku siřičitého! na kysličník sinový.

Jsoini známy četné způsoby získávání tepla z plynů během Oxidace kysličníku siřičitého) na kysličník sírový a zahřívání ptlynů, které přicházejí do druhéhoi stupně konverze. Nejčastěji používané systémy pro výměnu tepla využívají povrchových tepelných výměníků.

Takové systémy jsou popsány v publikaci „Sulphuric acid”, Handbook for Engineer and Technician, Chapter IX, v USA-patentovém: spise¹ č. 3 615 197 a v západoněmeckétmi patentovém spise č. 1 567 672.

V takovém systému jsou plyny ochlazovány ve výměnících tepla po· průchodu katalytickým ložem. Plyny, které přicházejí do druhého stupně konverze, jsou obvykle nejprve zahřívány v tepelném výměníku uspořádaném) za posledním ložem prvního stupně konverze nebo v tepelných výměnících uspořádaných za předposledním lóžemi a posledním ložem prvního stupně konverze.

Na druhé straně se plyny, přicházející do mezistupňové absorpce, postupně ochlazují nejprve v tepelném výměníku, kde se zahřívá plyn pro spalování síry, a dále; v tepelném výměníku, kde se zahřívají plyny přicházející do druhého stupně konverze. Nevýhodou výše popsaného systému je velký polčet spojů mezi výměníky, přičemž nepříznivý teplotní rozdíl zvětšuje povrchy výměny tepla a některé tepelné výměníky jsou vystaveny zvýšené korozi. Značný počet používaných zařízení pro' výměnu tepla má zvýšený Odpor pro tok a v důsledku toho větší spotřebu energie.

Takový systém zjevně vyžaduje značný prostor pro instalaci. Jiné řešení používá systém!, kde se plyny opouštějící lože prvního stupně konverze ochlazují nasycenou párou a plyny přicházející doi absorpčního mezistupně se ochlazují v ohřívači vody, který musí být vyroben z trubek vyložených litinovým povlakem.

Plyny vstupující do druhého· stupně konverze se nejprve zahřívají v tepelném výměníku výměnou tepla s plyny, které přicházejí doi poslední absorpční kolony, a potom v tepelném výměníku uspořádaném za prvním katalytickým ložem. Nevýhoda tohoto systému spočívá ve vysokých nákladech na trubky, vyložené litinovými povlakem, a v jejich vysoké hmotnosti.

Podobné systémy jsou popsány v patentových spisech USA č. 3 443 896, č. 3 536 446 a č. 3 620· 673.

Cílem vynálezu je provést způsob konverze kysličníku siřičitého na kysličník sírový takových způsobem, aby se zintezívněla výměna tepla za současného zmenšení rozměrů a hmotnosti tepelných výměníků a snížení spotřeby elektrické energie.

Výše uvedené nedostatky nemá způsob katalytické oxidace kysličníku siřičitého na kysličník sírový podle vynálezu jSřř výrobě kyseliny sírové dvoustupňovou' koňverzí s absorpčním mezistupněm, při kterém se plyny obsahující kysličník siřičitý a kyslík vedou do· styku s vanadiovým katalyzátorem při zvýšené teplotě v několikapatrovém katalytickém' reaktoru, ve kterém alespoň tři patra tvoří první oxidační stupeň a zbývající patra tvoří druhý oxidační stupeň, kde se kysličník siřičitý obsažený v plynech oxiduje na katalyzátorových ložích, přičemž se kysličník sírový vyrobený v prvním oxidačním stupni ahsorbuíe v mězistupňoivém absorpčním zařízení a plyny z absorpčního mezistupně se zahřívají v povrchových tepelných výměnících a vedou doi druhého· oxidačního! stupně a kysličník sírový vyrobený v druhém! loxidačníťň stupni se absorbuje ve finálním absorpčním zařízení, ve kterém se získají plyny o nízkém obsahu kysličníku siřičitého, jehož podstata spočívá v toto, že se plyny opouštějící absorpční mezistupeň a vedené do druhého oxidačního stupně zahřívají povrchovým zahříváním ve dvou stupních, nejprve plyny opouštějícími poslední patro prvního oxidačního stupně a piotom plyny opouštějícími předposlední patro prvního oxidačního stupně, a plyny vedené doi absorpčního mezistupně se ochladí povrchovým chlazeními nejprve pomocí plynů přicházejících do druhého stupně konverze a pototo vzduchem určeným pro spalování síry.

S výhodou se plyny opouštějící první patro prvního oxidačního stupně ochladí povrchovým chlazením potooicí nasycené vodní páry a plyny opouštějící druhý oxidační stupeň se ochladí v povrchovém vodním) přehřívači.

Jako média ochlazujícího plyny opouštějící první patro druhého' oxidačního stupně se s výhodou používá vodní páry.

Výhodou způsobu podle vynálezu je, že umožňuje vyšší účinnost tepelné výměny a nižší hmotnost konstrukčních materiálů a částečnou eliminaci potřeby drahých materiálů. Současně se snižuje spotřeba elektrické energie potřebné pro pohon dmýchadla. Navržené řešení vyžaduje menší prostor pro instalaci a umožňuje provést provoz zařízení i při proměnném zatížení, dokonce až do 50 % zatížení.

Způsob podle vynálezu je dále ilustrován na dvou konkrétních příkladech provedení. Proudové schéma se čtyřmi katalytickými loži, odpovídající příkladu 1, je zobrazeno na obr. 1 a proudové schéma s pěti katalytickými loži, odpovídající příkladu 2, je zobrazeno na obr. 2.

Příklad 1

Z o)br. 1 je patrné, že se plyny ze spalování síry v množství 84 000 Nm³/h, obsahující 10 % kysličníku siřičitého: a mající teplotu 430 °C, uvedou doi čtyřpatrovéhoi katalytickéhoi reaktoru 1. Po projití prvního patra katalytického’ reaktoru 1 se teplota plynů zvýší na 602 °C a plyny se ochladí v prvním tepelném! výměníku 2 na teplotu 440 °C a: potom se vedoiu do druhého patra. Plyny z druhého patra se ochladí v druhém tepelném výměníku 3 na teplotu 440 °C pomocí plynů recyklovaných z absorpčního mezistupně.

Plyny opouštějící třetí patr® prvního stupně konverze se nejprve ochladí v třetím: tepelném výměníku 4, ve kterém se zahřívají plyny z absorpčního mezistupně, a potom ve čtvrtém tepelném výměníku 5, ve kterém se zahřívá vzduch pro, spalování síry. První proud plynů, ochlazený na teplotu 190 °C, se přivádí do absorpčního mezistupně.

Druhý proud plynů, opouštějící absorpční mezistupeň O teplotě 65 °C, přichází do druhého tepelného: výměníku 3 a třetího tepelného výměníku 4, kde se plyny zahřívají na teplotu 420 °C.

Zahřáté plyny, obsahující nezreagovaný kysličník siřičitý v objemovém množství 0,6 proč., se přivádějí do čtvrtého! patra katalytického: reaktoru 1, tvořícího: druhý stupeň konverze, kde se provádí další oxidace kysličníku siřičitého na kysličník sírový. Stupeň konverze činí 99,75 %.

Plyny opouštějící čtvrté patro se ochladí na teplotu 180 °C ve vodním ohřívači 6 a vedou se ke konečné absorpci.

Příklad 2

Obr. 2 ukazuje alternativní provedení způsobu podle vynálezu pro· pětipatrový katalytický reaktor, ve kterém tvoří tři patra první stupeň konverze a dvě patra tvoří druhý stupeň konverze.

Plyny opouštějící první patro druhého stupně koinverze se ochlazují povrchovým chlazením poimocí vodní páry v přehřívači 16. Pára z tohoto přehřívače 16 se potom vede do chladicího procesu plynů za prvním patrem prvního stupně konverze v prvním tepelném výměníku 2.

Výsledkem použití způsobu podle vynálezu je snížení povrchu potřebného¹ pro výměnu tepla a v důsledku toho· se hmotnost zařízení sníží o: 15 °/o. Prostor nezbytný pro instalaci zařízení se rovněž sníží. V důsledku snížení velikosti zařízení se sníží odpor pr® tok plynu průměrně o 1,5 kPa a v důsledku toho se sníží spotřeba elektrické energie o 360 J/h.