DD229389A1

DD229389A1 - PROCESS FOR THE OXIDATION OF SO DEEP 2 TO SO DEEP 3

Info

Publication number: DD229389A1
Application number: DD84270233A
Authority: DD
Inventors: Lieselotte Lehe; Werner Coch; Werner Kersten; Lutz Glaenzel; Klaus Woizick
Original assignee: Engels Chemiefaserwerk Veb
Priority date: 1984-12-04
Filing date: 1984-12-04
Publication date: 1985-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Schwefelsaeure nach dem Kontaktverfahren und bezieht sich sowohl auf Verfahren mit Normal- als auch mit Doppelkatalyse. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren so zu veraendern, dass bei Verfahren mit Normalkatalyse die Voraussetzungen fuer die Einfuehrung der Doppelkatalyse geschaffen werden und bei Verfahren mit Doppelkatalyse die Durchsatzleistung erhoeht werden kann. Erfindungsgemaess wird dem nach der ersten Absorptionsstufe an SO2 verarmten und vom SO3 befreiten Gasstrom ein trockener Heissgasstrom hoeherer SO2-Konzentration in einem Anteil von 10 bis 40% vom Hauptgasstrom zugegeben und eine SO2-Konzentration von 2 bis 4 Vol.-% eingestellt.The invention relates to the preparation of sulfuric acid according to the contact method and relates both to methods with normal and with double catalysis. The aim and object of the invention is to modify the process so that in processes with normal catalysis the prerequisites for the introduction of double catalysis are created and in the case of processes with double catalysis, the throughput can be increased. According to the invention, a dry hot gas stream of higher SO 2 concentration in a proportion of 10 to 40% of the main gas stream is added to the SO 2 depleted and SO 3-freed gas stream after the first absorption stage and an SO 2 concentration of 2 to 4% by volume is set.

Description

Title of the invention

Verfahren zur Oxidation von SOg zu SO^Process for the oxidation of SOg to SO ^

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren und betrifft sowohl Verfahren mit Hormalkatalyse, die mit einer Absorptionsstufe arbeiten, als auch Verfahren mit Doppelkatalyse, die mit zwei Absorptions- und zwei Konvertierungsstufen arbeiten.The invention relates to the production of sulfuric acid by the contact method and relates to both methods using hormone catalysis, which work with an absorption stage, as well as methods with double catalysis, which operate with two absorption and two conversion stages.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß bei der Herstellung von Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren die Betriebsparameter der Konvertierung von SOp zu SO^ in Abhängigkeit von den Gleichgewicht sparame tern dieser Reaktion festgelegt werden müssen, um hohe ümsatzgrade erreichen zu können. Es ist weiterhin bekannt, daß die Reaktion am VpO^-Kontakt exotherm abläuft und die Optimaltemperatur ein Kompromiß zwischen der Gleichgewichtsreaktion und dem Umsetzungsgrad ist. Es werden deshalb Kontaktapparate mit Zwischenkühlungen zur Einhaltung der günstigsten Temperatur angewendet. Die Zwischenkühlung kann z. B. über Wärmeaustauscher, Kontaktmantelkühlung oder durch Einblasen kalter getrockneter Intensivierungsluft erfolgen. Ebenso bekannt ist es, Zwischenabsorptionen zur Entfernung des bereits in den ersten Konvertierungsstufen gebildeten SOo einzusetzen, um in den folgenden Konvertierungsstufen wieder hohe ümsatzgrade zu erhalten. Weitere Vorschläge beinhalten die Anwendung höherer Betriebsdrücke zur Verbesserung des Umsatzes, die Zuführung von Sauerstoff anstelle von Luft, um höhere SOp-Konzentrationen zu erreichen, die Zumischung von bereits umgesetztem Kontaktgas im ge-It is known that in the production of sulfuric acid according to the contact method, the operating parameters of the conversion of SOp to SO ^ as a function of the equilibrium sparame tern this reaction must be set in order to achieve high ümsatzgrade can. It is further known that the reaction at the VpO.sub.i contact is exothermic and the optimum temperature is a compromise between the equilibrium reaction and the degree of conversion. There are therefore applied contact devices with intermediate cooling to maintain the most favorable temperature. The intermediate cooling can z. B. via heat exchangers, contact jacket cooling or by blowing cold dried intensification air done. It is also known to use intermediate absorptions to remove the SO 2 already formed in the first conversion stages in order to obtain high levels of conversion again in the following conversion stages. Other proposals include the use of higher operating pressures to improve the conversion, the supply of oxygen instead of air to achieve higher SOp concentrations, the admixture of already reacted contact gas in the

schlosaenen Kreislauf in die folgenden Kontakthorden, um hohe SOp-Konzentrationen der Brennkammer im Kontakt zu verarbeiten, sowie die Anwendung von vielfältigen Schaltung svariant en zur Temperaturführung innerhalb des Kontaktsystems.Closed circuit in the following contact hordes to process high SOp concentrations of the combustion chamber in contact, as well as the application of diverse circuit svariant s for temperature control within the contact system.

Pur die Wiederaufheizung des Gases nach der Zwischenabsorption -wird in der DD - PS 111 358 ein indirekter Wärmeaustausch mit Rauchgasen oder Heißluft vorgeschlagen. Dabei wird zwar die Temperatur erhöht, aber die SOp Konzentration im Gas bleibt konstant. lach der DE - OS 22 39 510 wird dem Gasstrom nach der Zwischenabsorption getrocknete Heißluft direkt zugesetzt, so daß die erforderliche Temperatur erreicht, aber die SOp-Konzentration verringert wird. Daraus ergeben sich Nachteile für den auf Kontaktmasse bezogenen spezifischen Umsatz von SO₂ zu SO- in der zweiten Konvertierungsstufe .Pur the reheating of the gas after the intermediate absorption is proposed in DD - PS 111 358, an indirect heat exchange with flue gases or hot air. Although the temperature is increased, but the SOp concentration in the gas remains constant. According to DE-OS 22 39 510, dried hot air is added directly to the gas stream after the intermediate absorption, so that the required temperature is reached, but the SOp concentration is reduced. This results in disadvantages for the specific conversion based on contact mass of SO ₂ to SO- in the second conversion stage.

In der DE - OS 23 54 650 wird beschrieben, daß ein geringer Anteil heißen Prozeßgases oder heißer getrockneter Luft dem Konverter nach der 1. Absorptionsstufe zugeführt wird, um die Konverterendstufe während der Startphase rascher auf ihre Betriebstemperatur aufzuheizen· Das Verfahren hat den Nachteil, daß die Gaszusammensetzung wegen der geringen Prozeßgaszugabe praktisch ohne jeden Einfluß auf die Gesamtkonvertierungsleistung bleibt, nur während der Startphase erfolgt und sich auch nur auf Doppelkatalyseverfahren bezieht.In DE-OS 23 54 650 it is described that a small proportion of hot process gas or hot dried air is supplied to the converter after the 1st absorption stage in order to heat the converter output stage during the starting phase more rapidly to its operating temperature. The method has the disadvantage that the gas composition remains practically without any influence on the overall conversion performance because of the small addition of process gas, only during the start phase and also applies only to double-catalysis.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, Kapazitätsengpässe auszuschalten sowie materialökonomische und umweltschutztechnische Effekte zu erreichen.The aim of the invention is to eliminate capacity bottlenecks and to achieve material economics and environmental protection effects.

- 3 Darlegung dea Wesens der Erfindimg - 3 Presentation of the essence of inventions

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der Oxidation von SOg zu SO-, so zu verändern, daß bei Verfahren mit Hormalkatalyse die Voraussetzungen für die Einführung der Doppelkatalyse geschaffen werden und bei Verfahren mit Doppelkatalyse die Durchsatzleistung erhöht werden kann.The invention has for its object to change the process of the oxidation of SOg to SO-, so that in processes with hormone catalysis the prerequisites for the introduction of the double catalysis can be created and in the process with double catalysis, the throughput can be increased.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem nach der 1· Absorptionsstufe an SOp verarmten und vom SOo befreiten Gasstrom ein trockener Heißgasstrom höherer SOp-Konzentration zugemischt wird, so daß nicht nur die erforderliche Konvertierungstemperatur, sondern auch eine für den auf Kontaktmasse bezogenen spezifischen Umsatz günstige höhere SÜ2-Konzentration erreicht wird.According to the invention the object is achieved in that after the 1 · absorption stage of SOp depleted and freed from SOo gas stream, a dry hot gas stream of higher SOp concentration is added, so that not only the required conversion temperature, but also for the specific contact mass based on sales favorable higher SÜ2 concentration is achieved.

Bei Verfahren mit ITormalkatalyse, vorzugsweise bei Mehrstraßenanlagen, wird ein trockener Heißgasstrom direkt von der Brennkammer der eigenen oder einer benachbarten Straße entnommen und dem Hauptgasstrom nach der 1. Absorptionsstufe zugemischt, wobei die Größenordnung 12 - 30 % des Hauptgasstromes beträgt. Es stellt sich eine S02~Konzentration von 2-4 Vol% ein, die gegenüber der früheren S0₂-Konzentration von 0,5 - 1,5 Vol% einen höheren auf Kontaktmasse bezogenen spezifischen Umsatz gewährleistet· Außerdem werden die Apparate für Konvertierung und Absorption der benachbarten Straße entlastet bzw. unter Umständen sogar freigesetzt, so daß sie für die 2. Absorptionsstufe verwendet werden können. Damit ist das Prinzip der Doppelkatalyse bei geringem apparativen und energetischen Aufwand ermöglicht worden.In ITorm catalysis processes, preferably in multi-line plants, a dry hot gas stream is taken directly from the combustion chamber of its own or an adjacent road and admixed to the main gas stream after the first absorption stage, the order being 12-30 % of the main gas stream. This results in an S02 concentration of 2-4% by volume, which, compared with the previous S0 ₂ concentration of 0.5-1.5% by volume, ensures a higher specific mass based on contact mass. In addition, the apparatuses for conversion and absorption relieved or even released under certain circumstances, so that they can be used for the second absorption stage. Thus, the principle of double catalysis has been made possible with little expenditure on equipment and energy.

Bei Verfahren mit Doppelkatalyse stellen in der Regel der Abhitzekessel und die 1· Konvertierungsstufe die Kapazitätsengpässe dar. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können sie beseitigt und Kapazitätssteigerungen derIn processes with double catalysis, the waste heat boiler and the 1 × conversion stage generally represent the capacity bottlenecks. By using the method according to the invention, they can be eliminated and capacity increases of the

Gesamtanlage von 12 bis 36 % erreicht werden. Dazu wird ein Heißgasteilstrom hinter der Brennkammer entnommen, in einem zusätzlichen Luftvorwärmer gekühlt und unter Umgehung des Abhitzekessels und der 1. Konvertierungsstufe dem Hauptgasstrom nach der 1. Absorptionsstufe zugemischt, wobei die Größenordnung 12 bis 36 % des Hauptgasstromes beträgt. Wie bei der ITormalkatalyse stellt sich eine S0₂-Konzentration von 2-4 Vol$ ein, die gegenüber der früheren SOg-Konzentration von 0,5 - 1,5 VoIjS einen höheren,auf Kontaktmasse bezogenen spezifischen Umsatz gewährleistet.Total investment of 12 to 36 % can be achieved. For this purpose, a hot gas partial stream is removed behind the combustion chamber, cooled in an additional air preheater and admixed bypassing the waste heat boiler and the first conversion stage the main gas stream after the first absorption stage, wherein the order of magnitude is 12 to 36% of the main gas stream. As with ITormal catalysis, a S0 ₂ concentration of 2-4 vol $ is achieved, which ensures a higher contact mass specific conversion compared to the former SOg concentration of 0.5-1.5 volI.

embodiments

Beispiel 1 (ITormalkatalyse)Example 1 (ITormal Catalysis)

In einer Brennkammer werden bei der Schwefelverbrennung ca. 7000 Hnr Heißgas mit einem VoI^ Anteil SO₂ von etwa 13 % erzeugt und durch Gaskühlaggregate, die über direkten und/oder indirekten Wärmeaustausch die nach der Brennkammer anliegenden Temperaturen des Gases von ca. 1200 ⁰C auf mindestens 40 ⁰C abkühlen, gesaugt. Dabei wird auch zusätzliche Kühlkapazität durch Zumischen oder Ansaugen von Frischluft erreicht. Das abgekühlte Gas, das zur besseren Gasaufbereitung (Hebel, Feuchtigkeit- und Staubabscheidung) vor dem Eintritt in den Trockner eine elektrische ITaßgasreinigungsanlage passiert, hat vor dem TrocknerIn a combustion chamber in the sulfur combustion about 7000 Hnr hot gas with a VoI ^ share SO ₂ of about 13% produced by gas cooling units, the direct and / or indirect heat exchange after the combustion chamber temperatures of the gas of about 1200 ⁰ C. cool to at least 40 ⁰ C, sucked. In this case, additional cooling capacity is achieved by admixing or sucking fresh air. The cooled gas, which passes through an electrical ITaßgasreinigungsanlage before entering the dryer for better gas processing (lever, moisture and dust separation), has in front of the dryer

3 noch 7 Vol/5 SO₂-Anteile und ein Volumen von ca. 13 000 Nur erreicht. Diese Konzentrationsverringerung des S0₂-Gases war erforderlich, da die Kontaktanlage nur für 7 Völliges SOp-Gasgemisch ausgelegt ist (ITormalkatalyse). Das Gebläse saugt das Prozeßgas aus dem Trockner und drückt es über 3 Wärmeüberträger in die 1. Horde des Kontaktapparates. Dabei hat sich das Gas im Gegenstromprinzip auf 420 - 440 ⁰C erwärmt. Im Durchgang durch die 3 Horden wird das SO₂ zu 92 % zu SO-, oxidiert. Intensivierungsluftzugabe unterstützt den Oxidationsprozeß. Uach der 3. Horde3 still 7 vol / 5 SO ₂ shares and a volume of about 13 000 Only reached. This concentration reduction of the S0 ₂ gas was required because the contact system is designed only for 7 complete SOp gas mixture (ITormalkatalyse). The blower sucks the process gas from the dryer and presses it over 3 heat exchangers in the 1st Horde of the contact apparatus. The gas has heated in countercurrent to 420 - 440 ⁰ C. In the passage through the 3 hordes, the SO ₂ is 92 % to SO, oxidized. Intensification air addition supports the oxidation process. Uach the 3rd Horde

wird das Gas durch, den 3« Wärmeaustauscher und durch einen neu hinzukommenden gedruckt. Dabei kühlt sich das Gas auf 150 - 220 ⁰C (Absorptionstemperatur) ab und wird jetzt durch den 1, Absorber geleitet. Hier wird das gebildete SO, zu 99 % in HgSO. umgewandelt und damit aus dem Gasstrom entfernt. Der Absorber arbeitet mit 98,3 %iger HoSO₄, die im Kreislaufsystem gekühlt wird. Jetzt passiert das Prozeßgas, das 0,56 Vol% SO₂ nach 92 % Umsatz enthält, erneut den 4· Wärmeaustauscher, um die verlorene Energie für die 2. Konvertierungsstufe aufzubauen. An dieser Stelle kann man 1 Teilstrom des neuen 13 Vol/Sigen Heißgases von der Brennkammer oder von der Brennkammer einer anderen Straße (auch mit anderem Vol% Anteil SOp) kommend, zuführen. Der Hauptanteil oder auch der gesamte Anteil des mit SO₀ angereicherten Gases (3800 Nur) wird dem Hauptgasstrom vor dem Eintritt in die 2. Konvertierungsstufe so zugemischt, daß Temperaturen von 420 bis 440 ⁰G für das neue Reaktionsgas an V₂O,--Kontakt vorliegen. Das angereicherte Gas enthält (72,8 Hm³ SO₀ vom 1. Umsatz und 494 Um³ SO₀ von der Zumischung) 566,8 Hnr SO₂, bei einem V0I& Anteil von 3,55. Hach der 2. Umsatzstufe, die mit 98 % Umsatz abläuft und demthe gas is printed through, the 3 "heat exchanger and by a newly added. The gas cools to 150 - 220 ⁰ C (absorption temperature) and is now passed through the 1, absorber. Here, the formed SO, to 99% in HgSO. converted and thus removed from the gas stream. The absorber works with 98.3% HoSO ₄ , which is cooled in the circulatory system. Now, the process gas containing 0.56 vol% SO ₂ after 92 % conversion, again the 4 · heat exchanger to build up the lost energy for the second conversion stage. At this point, one partial stream of the new 13 vol / Sigen hot gas from the combustion chamber or from the combustion chamber of another road (also with other vol% share SOp) coming out, supply. The major portion or the entire portion of the gas enriched with SO ₀ (3800 Nur) is the main gas stream before entering the 2nd Conversion stage mixed so that temperatures of 420 to 440 ⁰ G for the new reaction gas to V ₂ O, - Contact available. The enriched gas contains (72.8 Hm ³ SO _{0 of} the 1st conversion and 494 Um ³ SO ₀ of the admixture) 566.8 Hnr SO ₂ , with a V0I & proportion of 3.55. Hach the 2nd sales level, which runs with 98 % sales and the

2. Absorber verbleiben noch 0,07 Vol% SO₀ im Abgas, das zur2. Absorber still remain 0.07 vol% SO ₀ in the exhaust gas, the

3 Esse oder Endgasreinigung geführt wird. Das sind 11,31 Hnr SO₂-Verluste gegenüber einem SO₂-Verlust von 0,26 Vol% und 28,08 Km aus der Hormalkatalyse. Gleichzeitig ist mit der Einsparung von 16,77 Hm SO₂ eine Kapazitätssteigerung der Anlagenstraße von 54 % erreicht worden.3 Esse or final gas cleaning is performed. This is 11.31 Hnr SO ₂ losses compared to a loss of SO ₂ of 0.26 vol% and 28.08 Km from the hormone catalysis. At the same time, with the savings of 16.77 Hm SO _2, a capacity increase of 54 % has been achieved.

Die genannten Einsparungen werden von wesentlichen materialökonomischen Effekten begleitet, wenn der zugemischte Heißgasstrom so hoch gewählt- wird, daß damit eine Produktionsstraße der bisherigen Gesamtanlage übernommen wird.The above-mentioned savings are accompanied by material material economic effects if the admixed hot gas stream is chosen to be so high that a production line of the previous overall plant is taken over.

Beispiel 2 (Doppelkatalyse)Example 2 (double catalysis)

30 000 Bar Heißgas mit 9,5 Vol% SO₀ und einer Temperatur von30 000 bar hot gas with 9.5 vol% SO ₀ and a temperature of

.wefel-.wefel-

ca.1080 C am Brennkammerausgang werden in einem Schwefel-Approx. 1080 C at the combustion chamber outlet are stored in a sulfur

verbrennungsofen erzeugt. Im sich anschließenden Abhitzekessel -wird der Hauptanteil der im Gasstrom mitgeführten Energie in Dampf umgewandelt. Danach erfolgt die Umsetzung des SOo-Anteiles über eine Doppelkatalyse» Entsprechend den erfindungsgemäßen Verfahren werden jetzt in dera. Schwefelverbrennungsofen zusätzlich 10 000 Hm Heißgas mit 9,5 V% SO₂ erzeugt, nach der Brennkammer abgezogen und über einen Luftvorwärmer geschickt. Das nun auf ca. 430 ⁰C abgekühlte Gas (950 Em SO₂ sind enthalten) wird vor der 4. Horde dem Prozeßgas zugemischt. Das Prozeßgas, das nach der 1. Konvertierungsstufe bei 90 % SO₀ Umsatz noch 0,95 V% SO₂ (285 Hnr) enthält, wird nach der Zumischung auf 3,29 Y% SO₀ aufkonzentriert und mit einer Gasmengecombustion furnace produced. In the subsequent waste heat boiler-the majority of the entrained in the gas stream energy is converted into steam. Thereafter, the implementation of the SOo share via a double catalysis "According to the inventive method are now in dera. Incinerator additional produced 10 000 Hm hot gas with 9.5 V% SO ₂ , withdrawn to the combustion chamber and sent through an air preheater. The now cooled to about 430 ⁰ C gas (950 Em SO ₂ are included) is mixed before the 4th Horde the process gas. The process gas, which still contains 0.95% by volume of SO ₂ (285 Hnr) at the 90 % SO ₀ conversion after the first conversion stage, is concentrated after addition to 3.29 % by weight of SO ₂ and with a gas quantity

von 37 435 Hm auf die 4. Horde gedrückt. Hach einem Umsatz von 98 % ist noch mit Ο,Οββ V% SO₂ im Abgas zu rechnen. Bei einer Umsatzsteigerung der 1. Konvertierungsstufe von 90 auf 98 % (mit 3 Kontakthorden möglich) verringert sich der Y% SO₂ Anteil von Ο,Οββ nach der 2. Stufe auf 0,055. Pur die Produktionsanlage wurde eine Kapazitätssteigerung von 33 % erreicht. Der Luftvorwärmer, der die 10 000 Unr zusätzlich erzeugtes Gas abkühlt, erwärmt gleichzeitig die nach dem Trockner abgezogene und der Brennkammer zusätzlich zuzuführende Luft auf und liefert außerdem noch anderweitig nutzbare Energie.from 37 435 Hm to the 4th Horde. After a conversion of 98 % is still to be expected with Ο, Οββ V% SO ₂ in the exhaust gas. With an increase in conversion of the first conversion stage from 90 to 98 % (with 3 contact hordes possible), the Y% SO ₂ content of Ο, Οββ decreases to 0.055 after the second stage. Purely the production plant achieved a capacity increase of 33 % . The air preheater, which cools the 10,000 additional grams of additional gas produced, simultaneously heats the air drawn from the dryer and added to the combustion chamber, and also provides other usable energy.

Claims

- 7 Experience sanspruoh.

1. A process for the oxidation of SOp to SO, using ETormal- and double catalysis, characterized, characterized in that after the first absorption stage of SOp depleted and freed from SOo gas stream, a dry hot gas stream of higher SOp concentration in a proportion of 10 to 40 % of the main gas stream is added and a S0 ₂ concentration of 2 to 4 vol% is set.

2. The method according to item 1, characterized in that in processes with Kormalkatalyse, preferably at Mehrstraßenanlagen, a dry hot gas flow of 12 to 30 % taken directly from the combustion chamber of its own or an adjacent street and the main gas stream is added.

3. The method according to item 1, characterized in that taken in the process with double catalysis behind the combustion chamber, a partial stream of hot gas, cooled in an additional air preheater and mixed bypassing the waste heat boiler and the first conversion stage the main gas stream in a proportion of 12 to 36% of the main gas stream ·