CS210635B2

CS210635B2 - Method of catalist oxidation of sulphur dioxide into sulphur trioxide

Info

Publication number: CS210635B2
Application number: CS431078A
Authority: CS
Inventors: Czeslav Szumilas; Anna Jerzykowska; Tadeusz Bartosz; Zdzislaw Wnuk; Henryk Romanczyk; Teodor Salinger
Original assignee: Biprokwas
Priority date: 1978-06-29
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1982-01-29

Abstract

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.The present invention relates to a process for oxidizing an oxide sulfur dioxide to sulfur trioxide during production sulfuric acid by two-step conversion with an absorption interstage. Essence of the invention is that the gases leaving abstaining interstage and led to another of the oxidation stage are heated by the surface by heating in two stages, first gases leaving the last storey the first oxidation stage and then the gases leaving the penultimate floor of the first of the oxidation stage, and the gases conducted to the absorption stage the intermediate stage is cooled by the surface by cooling first with gases coming to! second degree conversion a then air-destined for combustion open.

Description

(54) Způsob katalytické oxidace kysličníku siřičitého na kysličník sírový(54) A method for the catalytic oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide

22

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.The invention relates to a process for the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide in the production of sulfuric acid by a two-step conversion with an absorption intermediate step. SUMMARY OF THE INVENTION The gases leaving the intermediate stage and conducted to the second oxidation stage are heated by surface heating in two stages, first the gases leaving the last stage of the first oxidation stage and then the gases leaving the penultimate stage of the first oxidation stage, and the gases passed to the absorption intermediate stage. cooled by surface cooling first with gases coming into! the second stage of conversion and then with the air for sulfur combustion.

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.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process for the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide, particularly in the production of sulfuric acid by a two-step absorption kloinversion. and the process allows better transfer of the heat generated by the catalytic oxidation of sulfur dioxide! for sulfur trioxide.

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.Current production processes use at least d and v oxidation stages with an intermediate step of absorption of sulfur trioxide in order to obtain a higher degree of conversion of sulfur dioxide! for sine oxide.

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.Numerous methods are known for recovering heat from gases during the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide and heating the gases that arrive at the second conversion stage. The most commonly used heat exchange systems use surface heat exchangers.

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.Such systems are described in "Sulfuric acid" Handbook for Engineer and Technician, Chapter IX, US-Patent: ¹ Patent no. 3,615,197 and západoněmeckétmi Pat. No. 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.In such a system, the gases are cooled in heat exchangers after passing through the catalytic bed. The gases entering the second conversion stage are usually first heated in a heat exchanger arranged after the last bed of the first conversion stage or in heat exchangers arranged after the penultimate boxes and the last bed of the first conversion stage.

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.On the other hand, the gases entering the interstage absorption are gradually cooled first in a heat exchanger where the sulfur-burning gas is heated, and thereafter; in a heat exchanger where the gases coming to the second conversion stage are heated. A disadvantage of the above-described system is the large swelling of the joints between the exchangers, with the unfavorable temperature difference increasing the heat exchange surfaces and some heat exchangers being exposed to increased corrosion. A significant number of heat exchange devices used have increased flow resistance and consequently greater energy consumption.

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.Such a system obviously requires considerable space for installation. Another solution uses a system 1 wherein the gases leaving the bed of the first stage of conversion are cooled with saturated steam and the gases entering the absorption intermediate stage are cooled in a water heater which has to be made of tubes lined with cast iron coating.

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.The gases entering the second stage of conversion are first heated in the heat exchanger by exchanging heat with the gases entering the last absorption column and then in a heat exchanger arranged downstream of the first catalytic bed. The disadvantage of this system is the high cost of cast iron lined pipes and their high weight.

Podobné systémy jsou popsány v patentových spisech USA č. 3 443 896, č. 3 536 446 a č. 3 620· 673.Similar systems are described in U.S. Patent Nos. 3,443,896, 3,536,446 and 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.It is an object of the present invention to provide a process for the conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide in such a way as to intensify the heat exchange while reducing the dimensions and weight of the heat exchangers and reducing the power consumption.

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.The aforementioned drawbacks have no method for the catalytic oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide according to the invention. For the production of sulfuric acid by a two-stage conversion with an absorption intermediate stage, the gases containing sulfur dioxide and oxygen are contacted with the vanadium catalyst at elevated temperature in a multistore catalytic reactor. wherein at least three trays form a first oxidation stage and the remaining trays form a second oxidation stage wherein the sulfur dioxide contained in the gases is oxidized on the catalyst beds, wherein the sulfur trioxide produced in the first oxidation stage is absorbed in the intermediate stage absorption apparatus and the gases from the absorption intermediate stage are heated in surface heat exchangers and lead to a second oxidation! degree and sulfur trioxide produced in the second! The oxidation stage is absorbed in a final absorber, whereby gases with low sulfur dioxide content are obtained, characterized in that the gases leaving the absorption intermediate stage and led to the second oxidation stage are heated by surface heating in two stages, first gases leaving the last floor. the gases leaving the penultimate tray of the first oxidation stage, and the gases led to the absorption intermediate stage are cooled by surface cooling first with the gases coming to the second conversion stage and then with the air for combustion of the sulfur.

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.Preferably, the gases leaving the first stage of the first oxidation stage are cooled by surface cooling with a saturated water vapor stream, and the gases leaving the second oxidation stage are cooled in a surface water superheater.

Jako média ochlazujícího plyny opouštějící první patro druhého' oxidačního stupně se s výhodou používá vodní páry.Water vapor is preferably used as the gas-cooling medium leaving the first tray of the second oxidation stage.

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.The advantage of the method according to the invention is that it allows higher heat exchange efficiency and lower weight of construction materials and partially eliminates the need for expensive materials. At the same time, the power consumption required to drive the blower is reduced. The proposed solution requires less installation space and allows the plant to operate even under variable loads, even up to 50% load.

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.The process of the invention is further illustrated by two specific exemplary embodiments. The four catalytic bed flow diagram corresponding to Example 1 is shown in Fig. 1 and the five catalytic bed flow diagram corresponding to Example 2 is shown in Fig. 2.

Příklad 1Example 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.Z o) br. 1 it can be seen that the gases from the combustion of sulfur at 84,000 Nm ³ / h, containing 10% sulfur dioxide and having a temperature of 430 ° C, are fed to a four-story catalytic reactor 1. After passing through the first floor of catalytic reactor 1, The temperature is raised to 602 ° C and the gases are cooled in the first heat! exchanger 2 to 440 ° C and then passed to the second tray. The gases from the second tray are cooled in the second heat exchanger 3 to 440 ° C by the gases recycled from the absorption intermediate stage.

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.The gases leaving the third stage of the first conversion stage are first cooled in a third heat exchanger 4 in which the gases from the absorption intermediate stage are heated, and then in a fourth heat exchanger 5 in which the air is heated to burn the sulfur. The first gas stream, cooled to 190 ° C, is fed to the absorption intermediate stage.

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.The second gas stream leaving the absorption intermediate stage at 65 ° C comes to the second heat exchanger 3 and the third heat exchanger 4, where the gases are heated to a temperature of 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 %.The heated gases containing unreacted sulfur dioxide in a volume by volume of 0.6 why are fed to the fourth! a second catalyst conversion stage where further oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide is carried out. The degree of conversion is 99.75%.

Plyny opouštějící čtvrté patro se ochladí na teplotu 180 °C ve vodním ohřívači 6 a vedou se ke konečné absorpci.The gases leaving the fourth tray are cooled to 180 ° C in the water heater 6 and lead to final absorption.

Příklad 2Example 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.Giant. 2 shows an alternative embodiment of the process of the invention for a five-story catalytic reactor in which three trays form the first conversion stage and two trays form the second conversion stage.

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.The gases leaving the first tray of the second stage of co-inversion are cooled by surface cooling with water vapor in the superheater 16. The steam from the superheater 16 is then fed to the gas cooling process downstream of the first tray of the first stage of conversion in the first heat exchanger 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.The use of the method according to the invention results in a reduction of the heat exchange surface ¹ and, as a result, the weight of the device is reduced by: 15%. The space required to install the equipment will also be reduced. As a result of the reduction in the size of the device, the gas flow resistance is reduced by an average of 1.5 kPa and, as a result, the power consumption is reduced by 360 J / h.

Claims

Subject

A process for the catalytic oxidation of sulfur dioxide: to sulfur trioxide in the production of sulfuric acid by a two-step conversion with an absorption intermediate step, in which gases containing sulfur dioxide and oxygen are contacted with a vanadium catalyst at elevated temperature in a multistore catalytic reactor forming the first oxidation stage and the remaining trays forming the second oxidation stage wherein the sulfur dioxide contained in the gases is oxidized on the catalyst beds, the sulfur dioxide produced in the first oxidation stage being absorbed in the intermediate stage absorber and the gases from the intermediate stage are heated in surface heat and the sulfur dioxide produced in the second oxidation stage is absorbed in the final absorber apparatus ^. to obtain gases having a low sulfur dioxide content, characterized in that the gases leaving the absorption intermediate stage and led to the second oxidation stage are heated by surface heating in two stages, first the gases leaving the last stage of the first oxidation stage and then the gases leaving the penultimate floor of the first oxidation stage and the gases fed to the: absorption: intermediate step by cooling by surface cooling first through the gases coming to the second conversion stage and then by the air intended for combustion of the sulfur.

2. The method of claim 1, wherein the gases leaving the first floor of the first oxidation stage are cooled by surface cooling with saturated water vapor and the gases leaving the second oxidation stage are cooled in a surface water superheater.

3. The process of claims 1 and 2, characterized in that water vapor is used as the gas-cooling medium leaving the first tray of the second oxidation stage.