DE102004022506A1

DE102004022506A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure aus schwefeldioxidreichen Gasen

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Publication number: DE102004022506A1
Application number: DE102004022506A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Daum; Hannes Dipl.-Ing. Storch; Jan Dipl.-Ing. Rieder
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Metso Outotec Oyj
Priority date: 2004-05-05
Filing date: 2004-05-05
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2024-05-06
Also published as: GT200500104A; ZA200609163B; PL1742869T3; BRPI0510676A; US7704476B2; HUE025432T2; AU2005238149A1; ES2536069T3; FR2869892A1; FR2869892B1; SI1742869T1; EP1742869B1; PT1742869E; EP1742869A2; WO2005105666A2; CN101001808B; US20080145290A1; DE102004022506B4; DK1742869T3; CA2563950A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure, bei dem ein Schwefeloxid enthaltendes Ausgangsgas mit molekularem Sauerstoff in wenigstens einem Kontakt mit wenigstens einer Kontaktstufe zumindest teilweise zu Schwefeltrioxid reagiert und bei dem das erzeugte schwefeltrioxidhaltige Gas in einem Absorber geführt und dort zu Schwefelsäure umgesetzt wird. Um der ersten Kontaktstufe, bezogen auf die eingesetzte Schwefeldioxidmenge, bei zumindest gleicher Kapazität der Anlage und unter Verwendung konventioneller Katalysatoren nur geringe Gasvolumina zuführen zu müssen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, der ersten Kontaktstufe ein Kontaktgas mit einem Schwefeldioxidgehalt von mehr als 16 Vol.-% und mit einem volumetrischen Verhältnis von Schwefeldioxid zu Sauerstoff von mehr als 2,67 : 1 zuzuführen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure, bei dem ein Schwefeldioxid enthaltendes Ausgangsgas mit molekularem Sauerstoff in wenigstens einem Kontakt mit wenigstens einer Kontaktstufe zumindest teilweise zu Schwefeltrioxid reagiert und bei dem das erzeugte schwefeltrioxidhaltige Gas in einen Absorber geführt und dort zu Schwefelsäure umgesetzt wird, sowie eine entsprechende Anlage.

Herkömmlicherweise erfolgt die Herstellung von Schwefelsäure nach dem sogenannten Doppelabsorptions-Verfahren, das in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, Band A25, Seiten 635 bis 700, beschrieben ist. Zur Katalyse der Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid werden üblicherweise Vanadiumpentoxid als aktive Komponente enthaltende Katalysatoren mit einem Arbeitsbereich von 380 bis 640 °C eingesetzt. Während bei Temperaturen von über 640 °C eine irreversible Schädigung des Katalysators erfolgt, ist dieser bei Temperaturen unterhalb von 380 °C inaktiv. Um eine Schädigung des Katalysators zu vermeiden, werden diesem üblicherweise Ausgangsgase mit einem Schwefeldioxidgehalt von maximal 13 Vol.-% aufgegeben, da sich bei Einsatz höher konzentrierter Gase in dem Katalysatorbett aufgrund der Exothermie der Oxidationsreaktion zu hohe Temperaturen einstellen. Dies hat zur Folge, dass höher konzentrierte Gase vor der Aufgabe auf den Katalysator zunächst mit Luft und/oder technischem Sauerstoff verdünnt und entsprechend große Gasvolumina durch den Katalysator geführt werden müssen. Insbesondere bei der Nutzung von pyrometallurgischen Abgasen als schwefeldioxidhaltigen Ausgangsgasen, welche etwa bei der Röstung und dem Schmelzen von sulfidischen Kupfer- oder Nickelkonzentraten erzeugt werden und typischerweise ei nen Schwefeldioxidgehalt von 20 bis 60 Vol.-% oder mehr aufweisen, ist somit ein großer Verdünnungsfaktor notwendig. Dies führt zu unverhältnismäßig hohen Investitions- und Betriebskosten der Schwefelsäureanlage.

Neben der Temperatur wird die Ausbeute an Schwefeltrioxid maßgeblich durch das volumetrische Verhältnis von Schwefeldioxid zu Sauerstoff in dem Ausgangsgas beeinflusst. Vereinfacht lassen sich die bei der Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid mittels herkömmlicher Vanadiumpentoxidkatalysatoren ablaufenden Teilreaktionen durch folgende Formeln: SO₂ + V₂O₅ ⇔ SO₃ + V₂O₄ V₂O₄ + ½O₂ ⇔ V₂O₅, beschreiben, was einer Gesamtreaktion von SO₂ + ½O₂ ⇔ SO₃ entspricht. Nach dem Prinzip von Le Châtelier ist daher mit zunehmendem Schwefeldioxidpartialdruck in dem Ausgangsgas eine höhere Ausbeute an Schwefeltrioxid zu erwarten. Aus diesem Grund wird in der Praxis für die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid, bezogen auf die SO₂-Menge, eine überstöchiometrische Menge an Sauerstoff eingesetzt, nämlich eine O₂-Menge entsprechend einem volumetrischen Verhältnis O₂/SO₂ von größer 0,75, vorzugsweise entsprechend einem Verhältnis von 1 bis 1,2 korrespondierend zu einem volumetrischen Verhältnis SO₂/O₂ von 1:1 bis 1:0,83. Daher müssen die in der Regel durch Schwefelverbrennung gewonnenen schwefeldioxidhaltigen Ausgangsgase abgesehen von der Notwendigkeit, den Schwefeldioxidgehalt auf einen Wert unterhalb von 13 Vol.-% einzustellen, auch zwecks Einstellung eines günstigen Volumenverhältnisses von O₂ zu SO₂ mit Luft oder technischem Sauerstoff weiter verdünnt werden, was zu den entsprechend großen durch den Katalysator zu führenden Gasvolumina und zu den entsprechend hohen Investitions- und Betriebskosten herkömmlicher Schwefelsäureanlagen beiträgt.

Um diesen Nachteilen zu begegnen, wurden bereits Verfahren zur Schwefelsäureherstellung vorgeschlagen, bei denen dem Katalysator Ausgangsgase mit einem Schwefeldioxidgehalt von mehr als 13 Vol.-% zugeführt werden können.

Einige dieser Verfahren sehen einen alternativen Katalysator vor, der auch bei höheren Temperaturen als 640 °C betrieben werden kann (WO 99/36175 A1).

In der DE-OS 20 26 818 wird ein Verfahren zur katalytischen Oxidation von Schwefeldioxid zur Schwefeltrioxid in mehreren Kontaktstufen mit einer Zwischenabsorption des gebildeten Schwefeltrioxids offenbart, bei dem die Ausgangsgase vor dem Einbringen in die erste Kontaktstufe mit Verdünnungsluft und mit aus Oleum ausgetriebenem Schwefeltrioxid auf eine Schwefeldioxidkonzentration von 10 bis 20 Gew.-% verdünnt werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch der für die kontinuierliche Austreibung von Schwefeltrioxid aus Oleum notwendige apparative und verfahrenstechnische Aufwand und die vergleichsweise geringe Ausnutzung des Schwefeldioxids in der ersten Kontaktstufe, da nur Schwefeltrioxid, nicht aber die Reaktionspartner Schwefeldioxid und Sauerstoff, rezirkuliert werden.

Um Ausgangsgase mit einem Schwefeldioxidgehalt von 13 bis zu 66 Vol.-% unter Verwendung konventioneller Katalysatoren kostengünstig zu Schwefelsäure verarbeiten zu können, wird in der DE 102 49 782 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure vorgeschlagen, bei dem aus einer der letzten Hauptkontaktstufe vorgeschalteten Kontaktstufe ein Teilstrom des schwefeldioxid- und schwefeltrioxidhaltigen Gases abgezogen, dieser Teilstrom mit dem Ausgangsgas zu einem Kontaktgas mit einem Schwefeldioxidgehalt von mehr als 13 Vol.-% vermischt und in die erste Kontaktstufe zurückgeführt wird. Aufgrund der Verdünnung des Ausgangsgases werden allerdings auch bei diesem Verfahren vergleichsweise große Gasvolumina durch den Katalysator geführt.

Aus der US 2,180,727 schließlich ist ein Verfahren zur katalytischen Umsetzung von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid mit drei Kontaktstufen bekannt, bei dem der ersten Kontaktstufe ein Kontaktgas mit einer maximalen Schwefeldioxidkonzentration von 16 Vol.-%, einem Verhältnis von Schwefeldioxid zu Sauerstoff von maximal 2,67:1 und einer Temperatur von 412 bis 415 °C zugeführt wird und das aus der ersten Kontaktstufe abgezogene schwefeltrioxidhaltige Prozessgas nach der katalytischen Umsetzung zwecks Kühlung und Einstellung eines überstöchiometrischen Sauerstoffgehaltes mit einem entsprechenden Volumen an Luft vermischt wird, bevor das resultierende Gasgemisch der zweiten Kontaktstufe zugeführt und dort weiter oxidiert wird. Das aus der zweiten Kontaktstufe austretende Gas wird erneut gekühlt und zur Einstellung eines überstöchiometrischen Verhältnisses von Schwefeldioxid zu Sauerstoff mit Sauerstoff versetzt und einer dritten Kontaktstufe zugeführt, bevor schließlich das aus der dritten Kontaktstufe austretende Gas zwecks Bildung von Schwefelsäure einer Absorptionsstufe zugeführt wird. Allerdings ist auch dieses Verfahren bezüglich der Maximalkonzentration an Schwefeldioxid in dem der ersten Kontaktstufe zugeführten Ausgangsgas limitiert, so dass große Gasvolumina durch die einzelnen Kontaktstufen geführt werden müssen. Zudem altert der eingesetzte Vanadiumkatalysator bei den gewählten Verfahrensbedingungen und wird nach einer gewissen Zeit inaktiv.

Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die kostengünstige Herstellung von Schwefelsäure auf der Basis konzentrierter Ausgangsgase zu ermöglichen, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure bereitzu stellen, in dem der ersten Kontaktstufe, bezogen auf die eingesetzte Schwefeldioxidmenge, nur geringe Gasvolumina zuzuführen sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem der ersten Kontaktstufe ein Kontaktgas mit einem Schwefeldioxidgehalt von mehr als 16 Vol.-% und mit einem volumetrischen Verhältnis von Schwefeldioxid zu Sauerstoff von mehr als 2,67:1 zugeführt wird.

Überraschenderweise konnte im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden werden, dass die katalytische Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid mit einem unterstöchiometrischen Sauerstoffgehalt, nämlich einem volumetrischen SO₂/O₂-Verhältnis von mehr als 2,67:1 oder gar mehr als 10:1, dauerhaft betrieben werden kann, wenn das Ausgangsgas einen SO₂-Gehalt von mehr als 16 Vol.-% aufweist. Der Einsatz gewöhnlicher, Vanadiumpentoxid enthaltender Katalysatoren ist möglich, wobei auch im industriellen Maßstab ohne Schädigung des Katalysators eine zufriedenstellende Ausbeute erreicht werden kann. Aufgrund des vergleichsweise hohen SO₂-Gehaltes einerseits und des vergleichsweise geringen Sauerstoffgehalts andererseits werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, der ersten Kontaktstufe, bezogen auf die SO₂-Menge, beträchtlich geringere Volumina an Ausgangsgas zugeführt als beim Stand der Technik. Hierdurch reduzieren sich die Investitionskosten für die zur Verfahrensdurchführung benötigte Anlage erheblich. Insbesondere ist bei diesem mit 50 bis 150 l/tato (Tagestonne) gegenüber den herkömmlicherweise benötigten 160 bis 250 l/tato Ausgangsgas eine substantiell niedrigere spezifische Menge an Katalysator erforderlich. Die Verschiebung des Gleichgewichts der Oxidationsreaktion infolge des hohen SO₂-Gehaltes auf Seiten der Produkte wird durch den, bezogen auf die SO₂-Menge, unterstöchiometrischen Sauerstoffgehalt, welcher das thermodynamische Gleichgewicht der Oxidationsreaktion auf Seiten der Edukte verschiebt, kompensiert. Durch eine entsprechende Einstellung des SO₂-Gehaltes einerseits und des volumetrischen Verhältnisses von SO₂/O₂ andererseits kann somit die Temperatur in der Kontaktstufe auf einen unterhalb des zu einer irreversiblen Schädigung des Katalysators führenden Wert, im Falle des Einsatzes von Vanadiumpentoxid auf eine Temperatur von maximal 640°C, justiert und so eine Überhitzung des Katalysators vermieden werden.

Vorzugsweise weist das der ersten Kontaktstufe zugeführte Kontaktgas einen Schwefeldioxidgehalt von mehr als 20 Vol.-%, insbesondere bevorzugt von mehr als 40 Vol.-%, besonders bevorzugt von mehr als 60 Vol.-%, ganz besonders bevorzugt von mehr als 80 Vol.-% und höchst bevorzugt von mehr als 90 Vol.-% auf. Auf diese Weise sind die der ersten Kontaktstufe zuzuführenden Mengen an Kontaktgas, bezogen auf die SO₂-Menge, besonders niedrig.

Um eine irreversible Schädigung des Katalysators infolge von Überhitzung zu vermeiden, beträgt das volumetrische Verhältnis von SO₂ zu Sauerstoff des der ersten Kontaktstufe zugeführten Kontaktgases, in Abhängigkeit von der Menge an SO₂, vorzugsweise mehr als 4:1, besonders bevorzugt mehr als 6:1, ganz besonders bevorzugt mehr als 8:1 und höchst bevorzugt mehr als 10:1.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren können prinzipiell alle, auf jegliche dem Fachmann bekannte Weise hergestellte, konzentrierte schwefeldioxid- und sauerstoffhaltige Gasgemische, bspw. entsprechende in pyrometallurgischen Anlagen erzeugte Gase, als Ausgangsgase eingesetzt werden. Insbesondere durch Verbrennung von elementarem Schwefel mit technischem Sauerstoff, welcher vorzugsweise einen Sauerstoffgehalt von mindestens 95 bis 98 Vol.-% aufweist, gewonnene Gasgemische, bevorzugt solche mit einem Schwefeldioxidgehalt von 80 bis 99,99 Vol.-%, einem Sauerstoffgehalt von 0,01 bis 10 Vol.-% und einem Gehalt an molekularem Stickstoff oder anderen Inertgasen von 0 bis maximal 10 Vol.-% und besonders bevorzugt solche mit einem Schwefeldioxidgehalt von 90 bis 95 Vol.-%, einem Sauerstoffgehalt von 3 bis 7 Vol.-% und mit einem Gehalt an molekularem Stickstoff oder anderen Inertgasen von 0 bis maximal 5 Vol.-%, oder mit anderen Verfahren erzeugte Gasgemische gleicher Zusammensetzung haben sich als geeignete Ausgangsgase erwiesen. Diese können der ersten Kontaktstufe unverdünnt oder nach Verdünnung mit Luft oder bevorzugt technischem Sauerstoff zur Einstellung eines geeigneten volumetrischen Verhältnisses von SO₂/O₂ und einem geeigneten SO₂-Gehalt zugeführt werden. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass aufgrund der Abwesenheit bzw. des geringen Anteils an molekularem Stickstoff in dem Kontaktgas die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Schwefelsäure keine oder zumindest, verglichen mit dem nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren, in denen Luft mit einem N₂-Gehalt von etwa 78 Vol.-% als Verbrennungsgas eingesetzt werden, um eine Größenordnung geringere Verunreinigungen an Stickstoffoxiden (NO_x) enthält. Dementsprechend entstehen, in Abhängigkeit von der Reinheit des zur Verbrennung des Schwefels und/oder des ggf. zur Verdünnung des schwefeldioxidhaltigen Ausgangsgases eingesetzten technischen Sauerstoffs, keine oder allenfalls sehr geringe Abgasmengen, so dass die, bezogen auf die Menge an gebildeter Schwefelsäure, spezifischen Emissionen im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren substanziell geringer sind. Des weiteren wird für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, sofern kein Verdünnungsgas oder technischer Sauerstoff anstelle von Luft als Verdünnungsgas eingesetzt wird, kein Trockenturm zur Trocknung der Umgebungsluft benötigt.

Grundsätzlich kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren jeder dem Fachmann zur Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid geeignete Katalysator eingesetzt werden. Gute Ergebnisse werden insbesondere mit herkömmlichen, Vanadiumpentoxid enthaltenden Katalysatoren erhalten. Auch eisenhaltige Katalysatoren, insbesondere körnige Katalysatoren bestehend aus einem porösen Träger, vorzugsweise mit einer BET-Oberfläche von 100 bis 2000 m²/g und einem SiO₂-Gehalt von mindestens 90 Gew.-%, sowie einer 10 bis 80 Gew.-% Eisen enthaltenden Aktivkomponente, wobei das Gewichtsverhältnis von Träger zu Aktivkomponente besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 100 liegt, haben sich bewährt.

Im Falle von vanadiumpentoxidhaltigen Katalysatoren bspw. hat sich eine Eintrittstemperatur des Kontaktgases in die erste Kontaktstufe von etwa 450°C und insbesondere von etwa 470°C als besonders geeignet erwiesen. Bei Einsatz körniger Katalysatoren bestehend aus einem porösen SiO₂-Träger mit einer 10 bis 80 Gew.-% Eisen enthaltenden Aktivkomponente liegt die Eintrittstemperatur in diesem Katalysator vorzugsweise bei etwa 500°C, besonders bevorzugt bei etwa 520°C und ganz besonders bevorzugt bei etwa 540°C.

Vorzugsweise wird das Kontaktgas der ersten Kontaktstufe mit einem Druck von 1 bis 30 bar und besonders bevorzugt mit einem Druck von 3 bis 12 bar zugeführt. Auf diese Weise wird zum einen die tatsächlich der ersten Kontaktstufe zugeführte Gasmenge weiter reduziert und zum anderen verschiebt sich aufgrund des erhöhten Drucks die Lage des thermodynamischen Gleichgewichts der Oxidationsreaktion auf Seiten von SO₃. Da die SO₃-Ausbeute insbesondere von vier Parametern, nämlich der Temperatur, dem Druck, der SO₂-Menge und dem SO₂/O₂-Verhältnis in der ersten Kontaktstufe abhängt, können aufgrund des erhöhten Drucks befriedigende Ausbeuten an Schwefeltrioxid selbst mit einem besonders hohen SO₂/O₂-Verhältnis erhalten werden. Bei dieser Ausführungsform hat es sich zudem als zweckmäßig erwiesen, bereits das Ausgangsgas unter dem gewählten Druck herzustellen, indem bspw. bei der Verbrennung von elementarem Schwefel sowohl der flüssige Schwefel als auch der zur Verbrennung eingesetzte technische Sauerstoff bzw. die eingesetzte Verbrennungsluft der Verbrennungskammer mit dem genannten Druck zugeführt werden und die Verbrennungskammer bei diesem Druck betrieben wird. Dies hat den Vorteil, dass in der Schwefelsäureanlage kein Gasgebläse zur Förderung der Prozessgase durch die Kontakt- und Absorptionsstufe(n) erforderlich ist.

Um eine irreversible Schädigung des Katalysators beim Betrieb der ersten Kontaktstufe zu vermeiden, werden der Schwefeldioxidgehalt, das volumetrische SO₂/O₂-Verhältnis, der Eintrittsdruck und die Eintrittstemperatur des der ersten und allen nachfolgenden Kontaktstufen zugeführten Kontaktgases derart gewählt, dass sich in der Kontaktstufe eine Temperatur einstellt, welche unterhalb der zu einer Schädigung des Katalysators führenden Temperatur, aber oberhalb der Arbeitstemperatur des Katalysators liegt. Im Falle eines Vanadiumpentoxid enthaltenden Katalysators liegt die Obergrenze der einzustellenden Temperatur bei etwa 640°C und die Untergrenze bei etwa 380°C.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der ersten Kontaktstufe weitere Kontaktstufen, vorzugsweise 2 bis 4 weitere Kontaktstufen, nachgeschaltet, wobei die einzelnen Kontaktstufen zu einem oder mehreren, vorzugsweise einem oder zwei Kontakten zusammengefasst sind. Jedem Kontakt kann ein Absorber nachgeschaltet sein, in dem Schwefeltrioxid in einer dem Fachmann bekannten Weise wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, aus dem Prozessgas entfernt und in Schwefelsäure, flüssiges SO₃ oder Oleum umgewandelt wird. Das aus der ersten bis vorletzten Kontaktstufe austretende, schwefeltrioxidhaltige Prozessgas wird zwecks Einstellung eines geeigneten SO₂/O₂-Verhältnisses mit Sauerstoff vermischt und auf eine für die nächste Kontaktstufe geeignete Eintrittstemperatur gekühlt, bevor es der jeweils nachfolgenden Kontaktstufe zwecks weiterer Oxidation zugeführt wird. Dabei kann die Einstellung der notwendigen Eintrittstemperatur in die jeweils nachfolgende Kontaktstufe durch die Zugabe von entsprechend temperierten sauerstoffhaltigem Gas, bspw. verflüssigtes O₂, und/oder mittels eines Wärmeaustauschers erreicht werden. Dabei ist es meist nötig, auch die zweite und/oder die nachfolgenden Kontaktstufen mit einem Kontaktgas mit einem, bezogen auf den SO₂-Gehalt, unterstöchiometrischen Sauerstoffgehalt zu betreiben. Das aus der letzten Kontaktstufe austretende Prozessgas wird einem Absorber zugeführt, in dem Schwefeltrioxid unter Bildung von Schwefelsäure, flüssigem SO₃ oder Oleum aus dem Prozessgas entfernt wird, und das resultierende Abgas kann ggf. z.B. nach chemischer Nachbehandlung in einer bspw. mit Wasserstoffperoxid betriebenen Gaswaschanlage über einen Kamin entfernt oder einer weiteren Behandlung in der Schwefelsäureanlage zugeführt werden.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls vorgesehen, der ersten Kontaktstufe weitere – vorzugsweise zu einem oder zwei Kontakten zusammengefasste – Kontaktstufen, vorzugsweise 2 bis 4 Kontaktstufen, nachzuschalten, jedoch einen Teilstrom des aus der ersten Kontaktstufe und/oder aus einer oder mehreren der nachfolgenden Kontaktstufen austretenden Kontaktgases abzuziehen und diesen Teilstrom bzw. diese Teilströme mit dem Ausgangsgas vor dessen Eintritt in die erste Kontaktstufe zu vermischen. Auf diese Weise kann der Schwefeldioxidgehalt und das SO₂/O₂-Verhältnis des Ausgangsgases auf einen für die erste Kontaktstufe geeigneten Wert eingestellt werden. Zum anderen resultiert daraus eine bessere Energieausnutzung, da durch die Rezirkulation die Wärmeenergie des rezirkulierten, teilumgesetzten und heißen Prozessgases zur Vorwärmung der Ausgangsgase genutzt wird. Folglich erfordert diese Verfahrensführung entsprechend kleinere Wärmeaustauscher. Erfindungsgemäß werden jedoch ausschließlich solche Mengen an Prozessgas rezirkuliert, welche ein der ersten Kontaktstufe zugeführtes Kontaktgas mit einem Schwefeldioxidgehalt von mehr als 16 Vol.-% und mit einem volumetrischen Verhältnis von Schwefeldioxid zu Sauerstoff von mehr als 2,67:1 ergeben.

Alternativ dazu ist es auch möglich, den Teilstrom bzw. die Teilströme nicht unmittelbar am Ausgang der betreffenden Kontaktstufen, sondern erst nach der Zwischen- oder Endabsorptionsstufe zu entnehmen und zu rezirkulieren, um weniger Schwefeltrioxid, welches das thermodynamische Gleichgewicht der Oxidationsreaktion auf Seiten der Edukte verschiebt, in das der ersten Kontaktstufe zuzuführende Kontaktgas einzubringen.

Ferner kann der aus einer Kontaktstufe und/oder aus dem ersten Zwischenabsorber abgezogene Teilstrom anstelle der Rezirkulation in das der ersten Kontaktstufe zuzuführende Gas auch dem zur Verbrennung des Schwefels zwecks Erzeugung des schwefeldioxidhaltigen Ausgangsgases eingesetzten Gas (Luft oder vorzugsweise technischer Sauerstoff) und/oder direkt dem Schwefelofen zugeführt werden. Wie der Fachmann erkennt, ist es selbstverständlich auch möglich die vorgenannten Alternativen in beliebiger Weise miteinander zu kombinieren, bspw. einen Teil des Teilstroms dem der ersten Kontaktstufe zuzuführenden Gas und den anderen Teil des Teilstroms dem zur Verbrennung des elementaren Schwefels eingesetzten Gas zuzuführen.

Schließlich kann gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Verfahren mit lediglich einem, vorzugsweise aus 1 bis 3 Kontaktstufen bestehendem, Kontakt betrieben werden, wobei vorzugsweise zumindest ein Teil des aus dem Kontakt und/oder dem dem Kontakt nachgeschaltetem Absorber austretenden Prozessgases abgezogen und zu dem der ersten Kontaktstufe zuzuführenden Ausgangsgas und/oder zu dem der Schwefelverbrennung zuzuführenden Verbrennungsgas und/oder direkt in den Schwefelofen rezirkuliert wird.

Vorzugsweise wird der bzw. werden die mit dem Ausgangsgas vor dessen Eintritt in die erste Kontaktstufe vermischten Teilströme gemäß der zweiten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart bemessen, dass das der ersten Kontaktstufe zugeführte Kontaktgas aus 60 bis 99,99 Vol.-% Schwefeldioxid, 0,01 bis 20 Vol.-% Sauerstoff, 0 bis 20 Vol.-% Schwefeltrioxid und 0 bis maximal 10 Vol.-% Stickstoff oder einem anderen Inertgas und besonders bevorzugt aus 90 bis 95 Vol.-% Schwefeldioxid, 3 bis 7 Vol.-% Sauerstoff, 0,01 bis 5 Vol.-% Schwefeltrioxid und 0 bis maximal 5 Vol.-% Stickstoff oder einem anderen Inertgas besteht.

Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure, flüssigem SO₃ oder Oleum aus schwefeldioxidreichen Gasen, welche insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

Erfindungsgemäß weist die Anlage wenigstens einen Kontakt mit wenigstens einer Kontaktstufe zur Umsetzung eines SO₂ enthaltenden Ausgangsgases mit Sauerstoff zu SO₃ und wenigstens einen Absorber auf, wobei der Eintrittsbereich der ersten Kontaktstufe über eine oder mehrere Rezirkulationsleitung(en) mit dem Austrittsbereich eines oder mehrerer Kontaktstufen und/oder mit dem Austrittsbereich einer oder mehrerer Absorber verbunden ist.

Vorzugsweise führt die wenigstens eine Rezirkulationsleitung von dem Austrittsbereich des ersten Kontakts zu dem Eintrittsbereich der ersten Kontaktstufe.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, dass die Anlage 3 bis 5 Kontaktstufen, welche besonders bevorzugt in einem oder zwei Kontakten zusammengefasst sind, aufweist. Prinzipiell können die einzelnen Kontaktstufen jedes dem Fachmann zu diesem Zweck bekannte Katalysatormaterial aufweisen. Bevorzugt sind jedoch konventionelle Katalysatoren, bspw. solche auf Basis von Vanadiumpentoxid mit oder ohne Zusatz an Caesium oder auf Basis anderer Metalloxide, wie Eisenoxid, vorgesehen.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Anlage zusätzlich einen Schwefelofen mit einer Verbrennungskammer zur Verbrennung von elementarem Schwefel mit technischem Sauerstoff oder Luft auf, wobei der Schwefelofen und/oder der Eintrittsbereich der Verbrennungs kammer mit dem Austrittsbereich einer oder mehrerer Kontaktstufen und/oder mit dem Austrittsbereich einer oder mehrerer Absorber verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Prozessdiagramm eines Verfahrens und einer Anlage nach dem Stand der Technik;
2 zeigt ein Prozessdiagramm eines Verfahrens und einer Anlage gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Prozessdiagramm eines Verfahrens und einer Anlage gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt ein Prozessdiagramm eines Verfahrens und einer Anlage gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt ein Prozessdiagramm eines Verfahrens und einer Anlage gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die in 1 dargestellte konventionelle Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure gemäß dem Stand der Technik, wie er bspw. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry beschrieben ist, besteht aus einem Schwefelofen 1, zwei Kontakten 2, 3, einem Zwischenabsorber 4 und einem Endabsorber 5. Während der erste Kontakt 2 (Primärkontakt) aus drei, jeweils einen Katalysator auf Basis von Vanadiumpentoxid aufweisenden Kontaktstufen (Horden) 6₁ bis 6₃ besteht, sind in dem zweiten Kontakt 3 (Sekundärkontakt) zwei Kontaktstufen 6₄ , 6₅ vorgesehen. Zwischen den einzelnen Kontaktstufen 6₁ bis 6₅ ist jeweils ein Zwischenkühler (nicht dargestellt) angeordnet, in dem das die vorhergehende Kontaktstufe 6₁ bis 6₄ verlassende Prozessgas auf eine für den Eintritt der jeweils nächsten Kontaktstufe 6₂ bis 6₅ geeignete Temperatur heruntergekühlt wird.
In dem Schwefelofen 1 wird durch Verbrennung von elementarem Schwefel mit Luft Ausgangsgas mit weniger als 13 Vol.-%, üblicherweise mit 10 bis 12 Vol.-%, Schwefeldioxid und mit einem volumetrischem Verhältnis von SO₂/O₂ von etwa 1:1 bis 1:0,83 erzeugt. Hierzu wird dem Schwefelofen 1 kontinuierlich über Zufuhrleitung 7 elementarer Schwefel, in der Regel in flüssiger Form mit einer Temperatur von 140 bis 150°C, und über die Zufuhrleitung 8 Luft, welche ggf. zuvor in einem Trockenturm (nicht dargestellt) getrocknet wurde, zugeführt, wobei der überstöchiometrische Sauerstoffgehalt in dem resultierenden Ausgangsgas durch die Menge an in den Schwefelofen eingebrachter Luft geregelt und/oder durch nachfolgende Zugabe an Verdünnungsluft eingestellt wird. Über Leitung 9 wird das Ausgangsgas durch einen Wärmeaustauscher (nicht dargestellt) geführt, in dem dieses auf die Eintrittstemperatur der ersten Kontaktstufe 6₁ vorgewärmt wird, und anschließend der ersten Kontaktstufe 6₁ zugeführt, bevor die Gasmischung zur Oxidation der Reihe nach durch die drei Kontaktstufen 6₁ bis 6₃ des ersten Kontakts 2 geführt wird. Aus dem ersten Kontakt 2 austretendes Gas wird über Leitung 10 dem Zwischenabsorber 4 zugeführt und dort mit wasserhaltiger Schwefelsäure kontaktiert, wobei ein Großteil des in dem ersten Kontakt gebildeten Schwefeltrioxids unter Bildung von Schwefelsäure absorbiert wird. Anschließend wird das restliche Gas über Leitung 11 dem zweiten Kontakt 3 zugeführt und der Reihe nach durch dessen zwei Kontaktstufen 6₄ und 6₅ geführt. Aus dem zweiten Kontakt 3 austretendes Gas wird über Leitung 12 dem Endabsorber 5 zugeführt, in dem das gebildete Schwefeltrioxid zu Schwefelsäure umgesetzt wird. Während das Abgas über den Kamin 13 aus der Anlage ausgetragen wird, wird die in dem Zwischenabsorber 4 und dem Endabsorber 5 erzeugte Schwefelsäure zusammengeführt und als einzelner Stoffstrom über die Produktabfuhrleitung 14 aus der Anlage ausgeschleust.
Wie aus der 2 ersichtlich, umfasst die Anlage gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung die Bauteile der zuvor beschriebenen konventionelle Vorrichtung, die der Einfachheit halber mit denselben Bezugszeichen versehen werden, und weist zusätzlich dazu mehrere Zufuhrleitungen 8, 15, 16 für technischen Sauerstoff auf, welche in den Schwefelofen 1, die Gaszufuhrleitung 9 und die zwischen den Kontaktstufen 6₁ und 6₂ bzw. 6₂ und 6₃ vorgesehenen Gasleitungen führen.
Im Unterschied zu dem Stand der Technik wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der ersten Kontaktstufe ein Kontaktgas mit einem Schwefeldioxidgehalt von mehr als 16 Vol.-% und mit einem volumetrischen Verhältnis von Schwefeldioxid zu Sauerstoff von mehr als 2,67:1 zugeführt. Dieses Kontaktgas wird in dem gemäß 2 durchgeführten Verfahren dadurch hergestellt, dass in den Schwefelofen 1 kontinuierlich über Zufuhrleitung 7 elementarer Schwefel und über die Zufuhrleitungen 16 und 8 technischer Sauerstoff als Verbrennungsgas eingebracht wird. Durch Einstellung der Menge des dem Schwefelofen 1 pro Zeiteinheit zugeführten technischen Sauerstoffs, bezogen auf die Menge elementaren Schwefels, kann der Schwefeldioxidgehalt des resultierenden Gases auf den gewünschten Wert, der bei mehr als 20 Vol.-%, normalerweise bei mehr als 40 oder 60 Vol.-%, bevorzugt aber über 80 Vol.-% und besonders bevorzugt über 90 Vol.-% liegt, eingestellt werden.
Das erzeugte hochkonzentrierte Gas wird über Leitung 9 aus dem Schwefelofen 1 abgezogen und ggf. dessen Sauerstoffgehalt, bezogen auf den Schwe feldioxidgehalt, durch über Leitung 15 zugeführten technischen Sauerstoff auf einen gewünschten Wert, vorzugsweise auf ein volumetrisches Verhältnis von Schwefeldioxid zu Sauerstoff von 4:1, besonders bevorzugt von mehr als 6:1, ganz besonders bevorzugt von mehr als 8:1 und höchst bevorzugt von mehr als 10:1, eingestellt. Anschließend wird das so erzeugte Gasgemisch durch einen Wärmeaustauscher (nicht dargestellt) geführt, in dem es auf die geeignete Eintrittstemperatur der ersten Kontaktstufe 6₁ , im Falle eines Vanadiumpentoxid umfassenden Katalysators vorzugsweise auf etwa 450°C und besonders bevorzugt auf etwa 470°C, erwärmt wird, und der ersten Kontaktstufe 6₁ zugeführt. Um eine Schädigung des Katalysators beim Dauerbetrieb der Anlage zu vermeiden, wird der Schwefeldioxidgehalt, das volumetrische SO₂/O₂-Verhältnis, der Eintrittsdruck und die Eintrittstemperatur des der ersten Kontaktstufe 6₁ und den folgenden Kontaktstufen 6₂ bis 6₅ zugeführten Kontaktgases derart gewählt, dass sich in der betreffenden Kontaktstufe eine Temperatur einstellt, welche unterhalb der zu einer Schädigung des Katalysators führenden Temperatur, aber oberhalb der Arbeitstemperatur des Katalysators liegt.
Aus der ersten Kontaktstufe 6₁ abgezogenes Prozessgas wird nach Kühlung mit über Leitung 16 zugeführtem technischen Sauerstoff zwecks Einstellung eines für die zweite Kontaktstufe 6₂ geeigneten volumetrischen Verhältnisses von SO₂/O₂, das in Abhängigkeit von dem SO₂-Gehalt des Prozessgases einem unter- oder überstöchiometrischen Sauerstoffgehalt entsprechen kann, vermischt und ggf. einem Zwischenkühler zugeführt, wobei das optimale volumetrische Verhältnis insbesondere von dem SO₂-Gehalt des Prozessgases sowie dem Eintrittsdruck und der Eintrittstemperatur in die zweite Kontaktstufe 6₂ abhängt.
Aufgrund des vergleichsweise hohen SO₂-Gehaltes einerseits und des vergleichsweise, bezogen auf den SO₂-Gehalt, geringen Sauerstoffgehalts andererseits werden bei diesem Verfahren, verglichen mit den nach dem Stand der Technik bekannten, der ersten Kontaktstufe, bezogen auf die SO₂-Menge, be trächtlich geringere Volumina an Ausgangsgas zugeführt, woraus insgesamt im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren erheblich geringere Investitionskosten resultieren. Insbesondere ist dadurch eine signifikant niedrigere spezifische Menge an Katalysator erforderlich.
Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Vorrichtung weist die in 3 dargestellt Anlage mehrere Rezirkulationsleitungen 15, 17, 18 auf, von denen zwei Rezirkulationsleitungen 17 von dem Austritt aus der dritten Kontaktstufe 6₃ bzw. dem Austritt aus der fünften Kontaktstufe 6₅ jeweils zu der zu der ersten Kontaktstufe 6₁ führenden Gasleitung 9 und von denen zwei Rezirkulationsleitungen 18 von dem Austritt aus dem Zwischenabsorber 4 bzw. dem Austritt aus dem Endabsorber 5 jeweils zu dem Schwefelofen 1 führen und über die jeweils ein Teilstrom des Prozessgases rezirkuliert wird. Zudem wird über die von dem Austritt des Schwefelofens 1 zu der Gasleitung 18 führende Rezirkulationsleitung 15 ein Teilstrom des SO₂-haltigen Ausgangsgases zu dem Schwefelofen 1 zurückgeführt.
Durch die Rezirkulation der Prozessgase wird gegenüber den konventionellen Verfahren eine bessere Energieausnutzung erreicht, da hierdurch die Wärmeenergie der rezirkulierten, teilumgesetzten und heißen Prozessgase zur Vorwärmung der Ausgangsgase bzw. des Schwefelofens 1 genutzt wird, so dass lediglich eine entsprechend geringere Menge an Wärmeenergie extern zugeführt werden muss. Abgesehen davon bewirkt die Rezirkulation von aus dem Austritt der beiden Kontakte 2, 3 abgezogenen Prozessgasteilströmen, welche neben SO₂, O₂ auch SO₃ enthalten, eine größere Variabilität hinsichtlich der Verfahrenssteuerung. Dies hängt damit zusammen, dass SO₃ das thermodynamische Gleichgewicht der Oxidationsreaktion auf Seiten der Produkte verschiebt, so dass bei dieser Ausführungsform insgesamt fünf Parameter, nämlich die Eintrittstemperatur, der Eintrittsdruck, der SO₂, O₂- und SO₃-Gehalt, für die Regelung der Temperatur in der ersten Kontaktstufe 6₁ zur Verfügung stehen.
Schließlich trägt die Rezirkulation der Prozessgase auch zu einer größeren Ausbeute bei. Erfindungsgemäß werden jedoch ausschließlich solche Mengen an Prozessgas rezirkuliert, welche ein der ersten Kontaktstufe zugeführtes Kontaktgas mit einem Schwefeldioxidgehalt von mehr als 16 Vol.-% und mit einem volumetrischen Verhältnis von Schwefeldioxid zu Sauerstoff von mehr als 2,67:1 ergeben.
Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Vorrichtung weist die in 4 dargestellt Anlage nur einen, aus den drei Kontaktstufen 6₁ bis 6₃ bestehenden, Kontakt 2 sowie einen Absorber 5 auf. Zudem ist bei diesem Ausführungsbeispiel nur eine von dem Austritt aus dem Absorber 5 führende Rezirkulationsleitung 18 vorgesehen, welche über die Teilleitung 18' zu der Eintrittsleitung 9 für die ersten Kontaktstufe 6₁ und über die Teilleitung 18'' zu dem Schwefelofen 1 führt. Infolge des nur einen Kontakts 2 ist die Anlage entsprechend kompakt und kostengünstig. Eine dennoch zumindest annähernd 100%-ige Ausbeute auch bei Einsatz von, bezogen auf die SO₂-Menge, hochkonzentrierten Ausgangsgasen, bspw. solcher mit einem SO₂-Gehalt von mehr als 90 Vol.-%, lässt sich durch einen entsprechend großen Rezirkulationsgrad erreichen.
Von dem in der 4 dargestellten Prozessdiagramm unterscheidet sich das in der 5 gezeigte dadurch, dass neben einer vom Austritt aus dem Absorber 5 in den Schwefelofen 1 führenden Rezirkulationsleitung 18 drei, von dem Austritt der einzelnen Kontaktstufen 6₁ bis 6₃ ausgehende Rezirkulationsleitungen 17 vorgesehen sind, welche zu einer Sammelleitung zusammenlaufen und zu der Eintrittsleitung 9 führen. Durch das Vorsehen einer Rezirkulationsleitung 17 nach jeder Kontaktstufe 6₁ bis 6₃ wird eine noch größere Variabilität des Verfahrens hinsichtlich der Verfahrenssteuerung erreicht.

1: Schwefelofen
2: erster Kontakt (Primärkontakt)
3: zweiter Kontakt (Sekundärkontakt)
4: Zwischenabsorber
5: Endabsorber
6: Kontaktstufe
7: Schwefelzufuhrleitung
8: Zufuhrleitung für Verbrennungsgas
9: Zufuhrleitung zu dem ersten Kontakt
10: Gasleitung zu dem Zwischenabsorber
11: Zufuhrleitung zu dem zweiten Kontakt
12: Leitung zu dem Endabsorber
13: Kamin
14: Produktabfuhrleitung
15: Bypassleitung
16: Zufuhrleitung für technischen Sauerstoff
17: Rezirkulationsleitung
18: Rezirkulationsleitung

Claims

Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure, bei dem ein Schwefeldioxid enthaltendes Ausgangsgas mit molekularem Sauerstoff in wenigstens einem Kontakt (2, 3) mit wenigstens einer Kontaktstufe (6₁ ) zumindest teilweise zu Schwefeltrioxid reagiert und bei dem das erzeugte schwefeltrioxidhaltige Gas in einen Absorber (4, 5) geführt und dort zu Schwefelsäure umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Kontaktstufe (6₁ ) ein Kontaktgas mit einem Schwefeldioxidgehalt von mehr als 16 Vol.-% und mit einem volumetrischen Verhältnis von Schwefeldioxid zu Sauerstoff von mehr als 2,67:1 zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der ersten Kontaktstufe (6₁ ) zugeführte Kontaktgas einen Schwefeldioxidgehalt von mehr als 20 Vol.-%, insbesondere bevorzugt von mehr als 40 Vol.-%, besonders bevorzugt von mehr als 60 Vol.-%, ganz besonders bevorzugt von mehr als 80 Vol.-% und höchst bevorzugt von mehr als 90 Vol.-% aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das volumetrische Verhältnis von Schwefeldioxid zu Sauerstoff des der ersten Kontaktstufe (6₁ ) zugeführten Kontaktgases mehr als 4:1, besonders bevorzugt mehr als 6:1, ganz besonders bevorzugt mehr als 8:1 und höchst bevorzugt mehr als 10:1 beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der ersten Kontaktstufe (6₁ ) zugeführte Kontaktgas aus 80 bis 99,99 Vol.-% Schwefeldioxid, 0,01 bis 10 Vol.-% Sauerstoff und 0 bis maximal 10 Vol.-% Stickstoff oder einem anderen Inertgas und besonders be vorzugt aus 90 bis 95 Vol.-% Schwefeldioxid, 3 bis 7 Vol.-% Sauerstoff und 0 bis maximal 5 Vol.-% Stickstoff oder einem anderen Inertgas besteht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktgas durch Verbrennung von elementarem Schwefel mit technischem Sauerstoff hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktstufe (6₁ ) einen Katalysator umfassend Vanadiumpentoxid enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktgas der ersten, einen Vanadiumpentoxid umfassenden Katalysator enthaltenden Kontaktstufe (6₁ ) mit einer Temperatur von wenigstens 450°C und besonders bevorzugt von wenigstens 470°C zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktgas der ersten Kontaktstufe (6₁ ) mit einem Druck von 1 bis 30 bar und besonders bevorzugt von 3 bis 12 bar zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwefeldioxidgehalt, das volumetrische SO₂/O₂-Verhältnis, der Eintrittsdruck und die Eintrittstemperatur des der ersten Kontaktstufe (6₁ ) zugeführten Kontaktgases derart gewählt sind, dass sich in der Kontaktstufe (6₁ ) eine Temperatur einstellt, welche unterhalb der zu einer Schädigung des Katalysators führenden Temperatur, aber oberhalb der Arbeitstemperatur des Katalysators liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Kontaktstufe (6₁ ) 2 bis 4 weitere Kontaktstufen (6₂ , 6₃ , 6₄ , 6₅ ) nachgeschaltet sind, die vorzugsweise zu einem oder zwei Kontakten (2, 3), zusammengefasst sind.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der ersten bis vorletzten Kontaktstufe (6₁ , 6₂ , 6₃ , 6₄ ) austretende Prozessgas ggf. nach Führung durch einen Zwischenabsorber (4) mit Sauerstoff vermischt, auf eine für die nächste Kontaktstufe (6₂ , 6₃ , 6₄ , 6₅ ) geeignete Eintrittstemperatur eingestellt und der jeweils nächsten Kontaktstufe (6₂ , 6₃ , 6₄ , 6₅ ) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der letzten Kontaktstufe (6₅ ) austretende Prozessgas einem Absorber (5) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem aus der ersten Kontaktstufe (6₁ ) austretenden Prozessgas und/oder aus einem oder mehreren aus der zweiten bis letzten Kontaktstufe (6₂ , 6₃ , 6₄ , 6₅ ) austretenden Prozessgasen zumindest ein Teilstrom abgezogen und dieser Teilstrom mit dem Ausgangsgas vor dessen Eintritt in die erste Kontaktstufe (6₁ ) und/oder mit dem zur Verbrennung von elementarem Schwefel zur Herstellung des schwefeldioxidhaltigen Ausgangsgases eingesetzten Verbrennungsgas vermischt und/oder direkt dem Schwefelofen (1) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem aus dem Zwischen- (4) und/oder Endabsorber (5) austretenden Prozessgas zumindest ein Teilstrom abgezogen und dieser Teilstrom mit dem Ausgangsgas vor dessen Eintritt in die erste Kontaktstufe (6₁ ) und/oder mit dem zur Verbrennung von elementarem Schwefel zur Herstellung des schwefeldi oxidhaltigen Ausgangsgases eingesetzten Verbrennungsgas vermischt und/oder direkt dem Schwefelofen (1) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Kontakt (2) mit nachgeschaltetem Absorber (5) vorgesehen ist, dem aus einer Kontaktstufe (6₁ , 6₂ , 6₃ ) austretenden Prozessgas vor und/oder nach der Absorptionsstufe (5) ein Teilstrom abgezogen und dieser Teilstrom mit dem Ausgangsgas vor dessen Eintritt in die erste Kontaktstufe (6₁ ) und/oder mit dem zur Verbrennung von elementaren Schwefel zur Herstellung des schwefeldioxidhaltigen Ausgangsgases eingesetzten Verbrennungsgas vermischt und/oder direkt dem Schwefelofen (1) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das der ersten Kontaktstufe (6₁ ) zugeführte Kontaktgas aus 60 bis 99,99 Vol.-% Schwefeldioxid, 0,01 bis 20 Vol.-% Sauerstoff, 0,01 bis 20 Vol.-% Schwefeltrioxid und 0 bis maximal 10 Vol.-% Stickstoff oder einem anderen Inertgas und besonders bevorzugt aus 90 bis 95 Vol.-% Schwefeldioxid, 3 bis 7 Vol.-% Sauerstoff, 0,01 bis 5 Vol.-% Schwefeltrioxid und 0 bis maximal 5 Vol.-% Stickstoff oder einem anderen Inertgas besteht.
Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit wenigstens einem Kontakt (2, 3) umfassend wenigstens eine Kontaktstufe (6₁ ) zur Umsetzung eines Schwefeldioxid enthaltenden Ausgangsgases mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid und wenigstens einem Absorber (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsbereich der ersten Kontaktstufe (6₁ ) über eine oder mehrere Rezirkulationsleitungen (17, 18) mit dem Austrittsbereich einer oder mehrerer Kontaktstufen (6₁ , 6₂ , 6₃ , 6₄ , 6₅ ) und/oder mit dem Austrittsbereich eines oder mehrerer Absorber (4, 5) verbunden ist.
Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Rezirkulationsleitung (17, 18) von dem Austrittsbereich des ersten Kontakts (2) zu dem Eintrittsbereich der ersten Kontaktstufe (6₁ ) führt.
Anlage nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass diese 3 bis 5 Kontaktstufen (6₁ , 6₂ , 6₃ , 6₄ , 6₅ ), vorzugsweise zusammengefasst in einem oder zwei Kontakten (2, 3), aufweist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zusätzlich einen Schwefelofen (1) mit einer Verbrennungskammer zur Verbrennung von elementarem Schwefel mit technischem Sauerstoff oder Luft aufweist und dass der Schwefelofen (1) und/oder der Eintrittsbereich der Verbrennungskammer mit dem Austrittsbereich einer oder mehrerer Kontaktstufen (6₁ , 6₂ , 6₃ , 6₄ , 6₅ ) und/oder mit dem Austrittsbereich einer oder mehrerer Absorber (4, 5) verbunden ist.