CS249995B1

CS249995B1 - A process for the catalytic oxidation of sulfur dioxide and apparatus for carrying out this process

Info

Publication number: CS249995B1
Application number: CS322784A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Sojka; Bohumil Auerswald
Original assignee: Vladimir Sojka; Bohumil Auerswald
Priority date: 1984-05-02
Filing date: 1984-05-02
Publication date: 1987-04-16

Abstract

Řešení se týká způsobu katalytické oxidace oxidu siřičitého, jehož podstata spočívá v tom, že plyn obsahující 8-12 % objemu oxidu siřičitého se o teplotě 340-380 °C uvádí ve styk s katalyzátorem nepřímo ohřívaným cirkulujícím vzduchem, který je na teplotu 430-470 °C ohříván teplem uvolněným v následujícím stupni oxidace oxidu siřičitého.The solution relates to a method of catalytic oxidation of sulfur dioxide, the essence of which is that a gas containing 8-12% by volume of sulfur dioxide is brought into contact with a catalyst indirectly heated by circulating air at a temperature of 340-380 °C, which is heated to a temperature of 430-470 °C by the heat released in the following stage of sulfur dioxide oxidation.

Description

Vynález se týká způsobu katalytické oxidace oxidu siřičitého.The invention relates to a process for the catalytic oxidation of sulfur dioxide.

Sulfonace nebo sulfatace organických látek oxidem sírovým je důležitou operací výroby anionaktivních tenzidů. v moderních zařízeních je oxid sírový užíván v plynné formě ve směsi s vysušeným vzduchem. Obvykle je získáván spalováním síry v proudu vysušeného vzduchu a katalytickou oxidací vzniklého oxidu siřičitého.The sulphonation or sulphation of organic substances with sulfur trioxide is an important operation for the production of anionic surfactants. in modern facilities, sulfur trioxide is used in gaseous form mixed with dried air. It is usually obtained by burning sulfur in a stream of dried air and by catalytic oxidation of the resulting sulfur dioxide.

Tedy stejnou technologií jaká je používána při výrobě kyseliny sírové. Při návrhu technologie a zařízení výroben oxidu sírového je také většinou využíváno zkušeností těchto výroben.Thus, the same technology used in the production of sulfuric acid. When designing the technology and equipment of sulfur trioxide plants, the experience of these plants is also mostly used.

Výroba oxidu sírového pro sulfaci má však řadu specifických problémů, především nízkou tonáž výroby 100-700 kg/h oxidu sírového, za druhé požadavek změny kapacity vyvolaný zpracováváním organických látek o různé molekulové váze a v neposlední míře i nutnost častého odsta vování a znovunajíždění výroby.However, the production of sulfur trioxide for sulphation has a number of specific problems, notably the low tonnage of production of 100-700 kg / h sulfur trioxide, secondly the demand for capacity change due to the processing of organic substances of different molecular weights and last but not least.

Relativně nízká tonáž výroby se projevuje ve vysokém vlivu tepelných ztrát, nízké tepelné setrvačnosti a nízké technologické stabilitě zařízení. Spolu s požadavkem častého odstavování to způsobuje nutnost instalace dalších technologických zařízení.The relatively low production tonnage results in a high influence of heat losses, low thermal inertia and low technological stability of the equipment. Along with the requirement for frequent shutdowns, this necessitates the installation of additional technological equipment.

Například absorbční stanici oxidu sírového pracující do dosažení stabilní produkce oxidu sírového nezbytné pro provoz sulfačního zařízení. S ohledem na životní prostředí je nut ná i absorbční jednotka oxidu siřičitého pracující po dobu, než je dosaženo stupně oxidace oxidu siřičitého nejméně 96 %.For example, a sulfur trioxide absorption station operating to achieve the stable sulfur trioxide production necessary to operate the sulfation plant. With regard to the environment, a sulfur dioxide absorption unit operating until a degree of oxidation of at least 96% of the sulfur dioxide is reached is also required.

Uvedené problémy se nejvíce projevují právě v úseku katalytické oxidace oxidu siřičitého Před uvedením do provozu je nutno ohřát katalyzátor na teplotu vyšší než 450 °c, obvykle je katalyzátor přímo ohříván cirkulujícím vzduchem a tento je na teplotu cca 500 ^óc zahříván v elektrickém nebo plynovém výměníku.These problems are most pronounced in section of the catalytic oxidation of sulfur dioxide prior to startup is necessary to heat the catalyst to a temperature higher than 450 ° C, typically the catalyst is directly heated by circulating air, and this is to a temperature of about 500 ° ^C is heated in an electric or gas exchanger .

Zařízení pro ohřev katalyzátoru je poměrně nákladné a jeho životnost nízká vlivem oxidu sírového, který vstupuje do cirkulačního vzduchu z ohřívaného katalyzátoru.The catalyst heating apparatus is relatively expensive and has a low lifetime due to sulfur trioxide entering the recirculating air from the heated catalyst.

**

Většinu uvedených nevýhod odstraňuje způsob a zařízení pro oxidaci oxidu siřičitého dle AO 181 361 využívající k převodu tepla mezi zahřívaným a ochlazovaným katalyzátorem kondenzující sirné páry a odpařovanou síru.Most of these disadvantages are overcome by the method and apparatus for the oxidation of sulfur dioxide of AO 181 361 using condensing sulfur vapor and vaporized sulfur to transfer heat between a heated and cooled catalyst.

Nevýhodou tohoto způsobu je skutečnost, že teplota kondenzace síry musí být vyšší jak 440 °C, aby došlo k ohřevu katalyzátoru, v zóně chlazení je pak teplota odpařované síry vyšší o hydrostatický tlak sloupce síry, katalyzátor tedy nemůže být chlazen pod teplotu 450 °C. Touto teplotou je také omezen stupen oxidace oxidu siřičitého na sírový.The disadvantage of this method is that the condensation temperature of the sulfur must be higher than 440 ° C to heat the catalyst, in the cooling zone the temperature of the evaporated sulfur is higher by the hydrostatic pressure of the sulfur column, so the catalyst cannot be cooled below 450 ° C. This temperature also limits the degree of oxidation of sulfur dioxide to sulfur dioxide.

Zařízení podle uvedeného AO musí být vzhledem ke korozivnimu vlivu síry o teplotě 450 °C vyrobeno ze speciálních konstrukčních materiálů a je tedy značně nákladné.Due to the corrosive effect of sulfur at a temperature of 450 ° C, the apparatus according to said AO must be made of special construction materials and is therefore very expensive.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob oxidace oxidu siřičitého dle vynálezu. Vyznačuje se tím, že plyn s obsahem 8-12 % objemových oxidu siřičitého se při tlaku 0,2-0,3 MPa a teplotě 340-380 °C uvádí ve styk s katalyzátorem nepřímo ohřívaným cirkulujícím vzduchem, který je na teplotu 430-470 °C ohříván teplem uvolněným v následujícím stupni oxidace oxidu siřičitéhoThese disadvantages are overcome by the method of oxidizing the sulfur dioxide of the present invention. It is characterized in that a gas containing 8-12% by volume of sulfur dioxide is brought into contact with a catalyst indirectly heated by circulating air, which is at a temperature of 430-470, at a pressure of 0.2-0.3 MPa and a temperature of 340-380 ° C. ° C is heated by the heat released in the next stage of sulfur dioxide oxidation

Před zahájením oxidace oxidu siřičitého je vzduch, nepřímo ohřívající katalyzátor, ohříván směšováním s horkými spalinami, vzniklými spalováním kapalného nebo plynného paliva.Before the oxidation of sulfur dioxide is initiated, the air, indirectly heating the catalyst, is heated by mixing with the hot flue gas resulting from the combustion of the liquid or gaseous fuel.

Teplo uvolněné oxidací oxidu siřičitého je z proudu cirkulujícího vzduchu odváděno přidáváním chladného vzduchu a odváděním vzduchu ohřátého na 400-440 °C.The heat released by the oxidation of sulfur dioxide is removed from the circulating air stream by adding cold air and extracting the air heated to 400-440 ° C.

Popsaný způsob se provádí v zařízení dle vynálezu, které je tvořeno svazkem trubek o vnitřním průměru 40-80 mm a délce 2 400-3 000 mm plynotěsně zakotvených v horní a dolní trubkovnici. Katalyzátor je uložen v trubkách a mezitrubkový prostor spolu s pláštěm kolem svazku trubek tvoří kanál pro cirkulující vzduch, přičemž horní a dolní část pláště je spojena cirkulačním potrubím^ve kterém je uložena dýza pro přívod tlakového vzduchu.The described process is carried out in a device according to the invention, which consists of a bundle of tubes having an inner diameter of 40-80 mm and a length of 2400-3000 mm gas-tightly anchored in the upper and lower tube sheets. The catalyst is housed in the tubes and the inter-tube space together with the jacket around the tube bundle forms a circulating air channel, the upper and lower parts of the jacket being connected by a circulation pipe in which a nozzle for supplying compressed air is stored.

Příklad provedení zařízení podle vynálezu je znázorněn na přiloženém výkrese. Zařízení je tvořeno svazkem trubek _l zakotvených v horní trubkovnici a dolní trubkovnici 3. V trubkách je uložen katalyzátor 4_.An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown in the attached drawing. The device consists of a bundle of tubes 1 anchored in the upper tube sheet and the lower tube sheet 3. The tubes 4 accommodate the catalyst 4.

V prostoru vymezeném pláštěm 5. a vnějším povrchem trubek proudí směrem nahoru cirkulační vzduch. V horní části pláště .4 vystupuje cirkulující vzduch hrdlem 6_ do cirkulačního kanálu' _7 a z něho hrdlem' _8 zpět do mezltrubkového prostoru zařízení.In the space defined by the jacket 5 and the outer surface of the tubes, circulating air flows upwards. In the upper part of the jacket 4, the circulating air exits through the orifice 6 into the circulation duct 7 and from there through the orifice 8 back into the inter-tube space of the device.

Hydraulické ztráty cirkulujícího vzduchu jsou hrazeny přívodem tlakového vzduchu hrdlem 9_ do dýzy JO· Hrdlem 11 je nasáván do cirkulačního okruhu okolní chladný vzduch a po ohřátí vystupuje spolu s přivedeným tlakovým vzduchem hrdlem 12.The hydraulic losses of the circulating air are covered by the supply of compressed air through the nozzle 9 to the nozzle 10. The nozzle 11 sucks the ambient cold air into the circulation circuit and, after heating, exits with the supplied compressed air through the nozzle 12.

Při uvádění do, provozu jsou hrdlem 13 nasávány horké spaliny vzniklé spalováním svítiplynu .During commissioning, the hot flue gases produced by the combustion of the town gas are sucked through the neck 13.

Plyn obsahující 10,5 % objemových kysličníku siřičitého vstupuje o tlaku 0,26 MPa a teplotě 340 °C do horního víka hrdlem .14. Po vstupu do katalyzátoru v .trubkách je plyn ohříván stěnou trubky a vrstvou katalyzátoru podél stěny trubky na zážehovou teplotu, při které začne oxidovat v plynu obsažený oxid siřičitý na oxid sírový.A gas containing 10.5% by volume of sulfur dioxide enters the upper lid through the neck 14 at a pressure of 0.26 MPa and a temperature of 340 ° C. Upon entering the catalyst in the tubes, the gas is heated by the tube wall and the catalyst layer along the tube wall to a ignition temperature at which the sulfur dioxide present in the gas begins to oxidize to sulfur trioxide.

Uvolněné teplo zahřívá plyn a katalyzátor u stěny trubky a je odváděno jednak stěnou trubky do cirkulačního vzduchu a směšováním s doposud chladným plynem proudícím středem trubky zvyšuje teplotu plynu.The released heat heats the gas and catalyst at the tube wall and is discharged through the tube wall to the circulating air and increases the temperature of the gas by mixing it with the cold gas flowing through the center of the tube.

Při postupném toku plynu vrstvou katalyzátoru oxiduje další oxid siřičitý a teplo je stěnou trubky odváděno do cirkulujícího vzduchu. Na výstupu plynu z trubek je teplota plynu 430 °C a stupeň oxidace oxidu siřičitého 98,4 %.As the gas flows through the catalyst bed, more sulfur dioxide is oxidized and heat is dissipated into the circulating air through the tube wall. At the gas outlet of the tubes, the gas temperature is 430 ° C and the degree of oxidation of sulfur dioxide is 98.4%.

Plyn vystupuje ze zařízení hrdlem 15.. Vzduch cirkulující zařízením vstupuje hrdlem J3 do mezltrubkového prostoru o teplotě 360 °C a průchodem zařízením se ohřeje na 460 °C.The gas exits through the orifice 15. The air circulating through the orifice enters the orifice 13 at a temperature of 360 ° C and is heated to 460 ° C by passing through the apparatus.

Teplo uvolněné oxidací oxidu siřičitého způsobí ohřátí vstupního plynu z teploty 340 °C na 430 °C, přebytek uvolněného tepla je odveden ohřátím okolního vzduchu, vstupujícího hrdlem 2 a vystupujícího hrdlem 10, na teplotu 460 °c. Změnou množství vstupujícího vzduchu možno ovládat výstupní teplotu plynu.The heat released by the oxidation of sulfur dioxide causes the inlet gas to be heated from 340 ° C to 430 ° C, and the excess heat released is dissipated by heating the ambient air entering through the orifice 2 and exiting through the orifice 10 to 460 ° C. By varying the amount of inlet air, the outlet gas temperature can be controlled.

PříkladExample

Pro výrobu 1 000 kg alkylbenzensulfonové kyseliny je třeba 250 kg oxidu sírového. Tento je připraven spálením 102 kg síry v proudu usušeného vzduchu o tlaku 0,26 MPa. 714 Nm³/h vzniklého plynu obsahující 10,5 % objemových oxidu siřičitého je o teplotě 340 °c uváděno do zařízení podle vynálezu sestávajícího z 61 trubek průměru 76, dlouhých 3 000 mm.To produce 1,000 kg of alkylbenzenesulfonic acid, 250 kg of sulfur trioxide is required. This is prepared by burning 102 kg of sulfur in a stream of dried air at a pressure of 0.26 MPa. 714 Nm ³ / h of the gas produced, containing 10.5% by volume of sulfur dioxide, is fed at a temperature of 340 ° C to a device according to the invention consisting of 61 tubes of diameter 76, 3,000 mm long.

Pirůchodem přes katalyzátor uložený v trubkách zoxiduje 98,4 % vstupního oxidu siřičitého a plyn obsahující 11,07 % objemových oxidu sírového vystupuje o teplotě 430 °C ze zařízení.Upon passing through the catalyst contained in the tubes, 98.4% of the incoming sulfur dioxide is oxidized and a gas containing 11.07% by volume of sulfur trioxide exits at 430 ° C from the apparatus.

V tabulce je uvedeno srovnání dosavadních zařízení a zařízení dle vynálezu pro uvedenou kapacitu zařízení.The table shows a comparison of prior art devices and devices according to the invention for said capacity of the device.

dosavadní zařízení zařízení podle vynálezu výška aparátu /mm/ hmotnost aparátu /kg/ stupeň oxidace oxidu siřičitého /%/ hmotnost přídavných zařízení: pro absorboi oxidu sírového /kg/ pro absorbci oxidu siřičitého /kg/ pro vyhřívání /kg/apparatus height according to the invention apparatus height / mm / apparatus weight / kg / degree of oxidation of sulfur dioxide /% / weight of additional devices: for sulfur dioxide absorption / kg / for absorption of sulfur dioxide / kg / for heating / kg /

800 2 800800 2 800

400 1 800400 1 800

97,597.5

98,498.4

500500

600 900600 900

Claims

Process for the catalytic oxidation of sulfur dioxide contained in a concentration of 8-12% by volume in a gas resulting from the combustion of sulfur in dried air, characterized in that the gas is contacted with a catalyst indirectly heated by circulating air at a temperature of 340-380 ° C. The temperature of 430-470 ° C is heated by the heat released in the next stage of the oxidation of sulfur dioxide, wherein at the start of the catalytic oxidation the air-heating catalyst is heated by mixing with the hot flue gases resulting from the combustion of liquid or gaseous fuel.

2. The process of claim 1 wherein the heat released by the catalytic oxidation of sulfur dioxide is removed from the circulating air stream by adding cold air, and removing the air heated to 400-440 [deg.] C.

3. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it consists of a bundle of tubes gas-tightly anchored in the upper tube sheet (2) and the lower tube sheet (3) and filled with catalyst (4). the air and the upper and lower housing parts (5) are connected by a circulation pipe (7).

Device according to Claim 3, characterized in that a nozzle (10) is provided in the circulation pipe (7) for the supply of compressed air.