DE1181181B

DE1181181B - Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid

Info

Publication number: DE1181181B
Application number: DEF42752A
Authority: DE
Inventors: Dr Wilhelm Moeller
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1960-02-20
Filing date: 1961-04-15
Publication date: 1964-11-12

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES mffWSsSSS PATENTAMT Internat. Kl.: C Ol b

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 12 i-17/76

F 42752IV a /12 i
15. April 1961
12. November 1964

Bei der Herstellung von Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren wird technisch erzeugtes Schwefeldioxid im Gemisch mit überschüssiger Luft an Katalysatoren, z. B. Vanadinpentoxid-Kieselgur-Kontakten bei geeigneter Temperatur verbrannt. Erst wenn der Kontakt eine bestimmte Mindesttemperatur hat, die sogenannte Anspringtemperatur, die bei jeder technischen Kontaktmasse je nach Zusammensetzung und Herstellungsverfahren einen anderen Wert haben kann, (z. B. 450° C), tritt die Reaktion

SO₂+ V₂ O₂-* SO₃

ein. Beim Durchgang des Gases durch die Kontaktmasse tritt Erwärmung ein, und zwar proportional dem Umsetzungsgrad. Bei einer bestimmten, von der Anfangszusammensetzung des Gases abhängigen Temperatur, z. B. bei 580° C, kommt die Reaktion zum Stehen, weil dann die Bildungsgeschwindigkeit des Schwefeltrioxids genauso groß ist wie seine Zerfallsgeschwindigkeit. Um in diesem Kontaktteil einen möglichst großen Umsatz zu erzielen, muß man die Temperaturspanne möglichst hoch halten, d. h., man wird die Anfangstemperatur so niedrig halten wie möglich, d. h., man wählt die oben definierte Anspringtemperatur als Giaseintrittstemperatur.

Nach der ersten Stufe wird das heiße Gasgemisch auf geeignete Weise, z. B. durch Wärmeaustauscher oder durch direkte oder indirekte Kühlung, wieder auf die Anspringtemperatur heruntergekühlt, worauf es durch einen zweiten Kontaktteil geleitet wird, wobei wieder Erwärmung eintritt. Da aber schon viel die Verbrennung hemmendes SO₃ vorhanden ist, wird die Höchsttemperatur jetzt viel früher, z. B. bei 500° C, erreicht. Nach dem Durchgang durch diesen zweiten Kontaktteil wird wieder auf die Anspringtemperatur gekühlt und durch einen dritten, eventuell nach nochmaliger Kühlung durch einen vierten usw. Kontaktteil geleitet. Dabei wird jedesmal die Verbrennung weitergetrieben, und zwar theoretisch bis zu einem Umsetzungsgrad, der durch die Temperatur des aus dem letzten Kontaktteil austretenden Gases und die Anfangszusammensetzung des Gases gegeben ist. -..?.·.'

Es ist bekannt und. ergibt sich aus dem Massenwirkungsgesetz, daß: man zu höheren Umsätzen gelangt, wenn man das sfchon zum Teil umgesetzte Gas vor dem Eintritt in einen weiteren Kontaktteil von dem bis dahin gebildeten Schwefeltrioxid z. B. durch ' Waschen mit Schwefelsäure befreit. Dieser Vorschlag •ist schon im Handbuch'der Schwefelsäureiabrikation von Bruno Waeseö_s';-IIL Band (1930}, S, 1492 bis 1495, eingehend erläutert und mit Zahlen-Verfahren zur Herstellung von Schwefeltrioxid

Anmelder:

Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft,

Leverkusen

Als Erfinder benannt:

Dr. Wilhelm Möller, Leverkusen

beispielen belegt. Wenn trotz des außerordentlichen Interesses seitens der SO₃-erzeugenden Industrie und der Gewerbeaufsichtsbehörden an einer weitgehenden Verminderung des SO₂-Gehaltes in den Abgasen der Schwefelsäurefabriken dieser Gedankengang, der theoretisch zur einer Herabsetzung der SO₂-Konzentration auf unter 0,05% SO₂ im Abgas führen müßte, noch nicht technisch verwertet worden ist, so liegt das offensichtlich daran, daß bei seiner Durchführung das im ersten Teil der Katalyse entstehende as heiße Gas durch die Behandlung mit relativ kalter Schwefelsäure auf deren Temperatur abgekühlt wird und dann zur Durchführung der zweiten Katalyse auf die Anspringtemperatur der Kontaktmasse wieder aufgeheizt werden muß. Dieser Wärmebedarf ist zwar rechnerisch durch die Oxydationswärme des SO₂ zu SO₃ zu decken, technisch ist aber, wie ein durchgeführter Großversuch zeigte, wegen der großen Wärmeaustauscherflächen und des unver- : meidlichen Abstrahlungsverlustes das Aufrechterhalten der notwendigen Temperaturen außerordentlich schwierig. ? „. > · : Im Schrifttum ist ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure beschrieben, das von der üblichen ; SO₃-Katalyse insoweit ^völlig abweicht, als den ■ zu katalysierenden SO₂-Gasen Wasserdampf beigemischt wird, der zusammen·, mit.dem gebildeten SO₃ nach der ersten'Stufe in Form von Schwefelsaure-entfernt wird. Bei diesem Verfahren ist angegeben, daß die ο - zweite Stufe bei niedrigeren Temperaturen als die erste betrieben werden ^fkann, da das Gas keine .Feuchtigkeit mehr enthält. - · ' ·■■ ...
t Bei diesem -Verfahren mxd die Anspringtemperatur des ersten 'Kontaktes erhöht, um jegliche βίοι rangen der Umsetzung! durch das SO_s-H₂O-Gemisch zu vermeiden, wobei -der schlechtere-Umsatz in Kauf genommen wird. Vüas * Restgäs ■>.mit einem. Eeiätiiv hohen SO₂-Gehalt wird nach Entfernung des gebil-

li-j. (» K ■ ■■ . ' 409 727/374

Claims

3 4

daten SO₃ einschließlich des Wassers vor der zweiten bildete Schwefeltrioxid wurde durch Einleiten in

Kontaktstufe bei der normalen Anspringtemperatur einen Absorber üblicher Bauweise mit etwa 98%>iger

des Kontaktes umgesetzt. Schwefelsäure praktisch vollständig herausgelöst,

Dieses Verfahren hat ferner den Nachteil, einer wobei sich das Gas auf 55° C abkühlte. Durch einen

starken Korrosion der Vorrichtungen und den wei- 5 mit heißem Kontaktgas nach dem ersten Kontaktteil

teren Nachteil, daß nur etwa 90 bis 99°/oige, Vorzugs- beheizten Wärmeaustauscher wurde das Restgas nach

weise 98°/oige Schwefelsäure erzeugt wird, während der Zwischenabsorption wieder aufgeheizt und bei

bei den üblichen Verfahren, zu denen in dieser Hin- 418° C in den zweiten, nur aus einer Kontaktschicht

sieht auch das neue Verfahren gehört, bekanntlich bestehenden Teil des Kontaktsystemes eingeführt,

sogar Oleum erhalten wird. io Das Gas verließ diesen zweiten Kontaktteil mit einem

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Gesamtumsatz von 99,6 %. Herstellung von SO₃ enthaltenden, weitgehend . . wasserfreien Gasen nach dem Kontaktverfahren in e ι s ρ ι e mehreren Stufen unter Einschaltung einer Zwischen- In genau gleicher Weise, wie im Beispiel 1 angeabsorption des SO₃, dadurch gekennzeichnet, daß 15 geben, wurde ein Röstgas von 9,4% bei 450° C in der Gasrest, der nach der Entfernung des im vorde- den ersten Kontaktteil eingegeben und das SO₂ zu ren Teil des Systems erzeugten SO₃ verbleibt, in 88,5 % zu SO₃ umgesetzt. Nach der Zwischenabsorpeinem weiteren Kontaktofenteil bei Temperaturen tion wurde das Restgas auf 42O⁰C, wie oben beumgesetzt wird, die bis zu etwa 60° C unter der An- schrieben, wieder aufgeheizt und nach Durchgang Springtemperatur liegen, die vor der Herauslösung 20 durch den zweiten Kontaktteil ein Gesamtumsatz des SO₃ vorhanden sein muß. von 99,6% erzielt.

Entgegen den bisherigen Vorstellungen und Er- Beispiel 4 fahrungen wurde nämlich gefunden, daß das Gas,

das von dem in den Vorstufen gebildeten SO₃ be- Ein SO₂-haltiges Gas mit 11,4% SO₂ und etwa freit wurde, überraschenderweise schon bei Te'mpe- 25 10% Sauerstoff wurde, wie im Beispiel 1 beschrieraturen weiteroxydiert, die ganz erheblich unter der ben, mit 449° C in den ersten Kontaktteil eingeleitet erwarteten Mindesttemperatur, d. h. der oben den- und das darin enthaltene SO₂ zu 85 % in SO₃ umnierten Anspringtemperatur, liegen. Diese Tatsache gesetzt. Nach der Zwischenäbsorption wurde das läßt sich nicht aus bekannten Gesetzen der physika- Restgas wieder aufgeheizt und in den zweiten Konlischen Chemie ableiten. Eine theoretische Begrün- 30 taktteil mit 408° C eingeleitet. Das Gas tritt mit dung für dieses Verhalten kann noch nicht gegeben einem Gesamtumsatz von 99,6 % aus diesem Konwerden, taktteil aus.

Das bedeutet neben der technischen Vereinfachung Beispiel 5 unter anderem eine bedeutende Senkung der Anlagekosten, und zwar auf wirtschaftliche tragbare Be- 35 ^Ein SO₂-haltiges Gas mit 12,2% SO₂ und etwa träge, und eröffnet außerdem die Möglichkeit, die 9 % Sauerstoff wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, zweite Oxydationsstufe in Temperaturbereichen vor- mit 449° C in den ersten Kontaktteil eingeleitet, wozunehmen, die auf Grund des Massenwirkungs- bei ein Umsatz von 91,8% erreicht wurde. Nach der gesetztes einen höheren Umsetzungsgrad zulassen. Zwischenabsorption wurde das Restgas wieder auf-

40 geheizt und mit 411° C in den zweiten Kontaktteil

Beispiel 1 eingeleitet, aus dem das Gas mit einem Gesamtin einem technisch erzeugten, auf die Anspring- umsatz von 99,8% austritt, temperatur von 450 bis 460° C vorgewärmten Rost- B e i s ο i e 1 6 gas mit 9,3% SO₂ wurde in einem mehrstufigen P

Kieselgur-V₂O₅-Kontaktofen das SO₂ zu etwa 85 bis 45 In gleicher Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, 90% zu SO₃ umgesetzt. Aus dieser Gasmischung und in derselben, jedoch mit einem Vanadiumkatalywurde durch Einleiten in einen Absorber üblicher sator anderer Art gefüllten technischen Apparatur Bauweise das gesamte SO₃ mit Schwefelsäure heraus- wurde ein Röstgas mit 7,2% SO₂ bei 468° C in den gelöst. Der auf 60 bis 8O⁰C abgekühlte Gasrest ersten Teil des Kontaktsystems eingeleitet, in dem wurde durch einen Wärmeaustauscher aufgeheizt, 50 ein Umsatz von 91,4% erreicht wurde. Nach der und zwar wurde im Gegensatz zu der vor der ersten Zwischenabsorption wurde das Restgas wieder auf-Stufe notwendigen Vorwärmung auf 450 bis 460⁰C geheizt und bei 401⁰C in den zweiten Kontaktteil nur eine auf 390 bis 410° C vorgenommen. Mit die- geleitet. Das Gas trat mit einem Gesamtumsatz von ser Temperatur wurde das Gas in einem zweiten 99,8% auf dem zweiten Kontaktteil aus. Kontaktofen, der nur aus einer Schicht zu bestehen 55 _D , brauchte, geleitet. Der Gesamtumsatz betrug nach ratentansprucn: dem Durchgang durch den zweiten Kontaktofenteil Verfahren zur Herstellung von SO₃ aus SO₂ 99,6 bis 99,8% des ursprünglich vorhanden gewese- enthaltenden, weitgehend wasserfreien Gasen nen Schwefeldioxids. nach dem Kontaktverfahren in mehreren Stufen . 60 unter Einschaltung einer Zwischenabsorption des ^ßeisP^{iel 2} SO_S, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein Röstgas mit einem SO₂-Gehalt von 8,6 % Gasrest, der nach der Entfernung des im vordewurde durch denselben mehrstufigen Kontaktofen ren Teil des Systems erzeugten SO₃ verbleibt, in wie im Beispiel 1 beschrieben mit einer Anspring- einem weiteren Kontaktofenteil bei Temperaturen temperatur von 449° C durchgesetzt. Nach dem 65 umgesetzt wird, die bis zu etwa 60° C unter der Durchgang durch die zwei Stufen des ersten Kontakt- Anspringtemperatur liegen, die vor der Herausteiles war ein UmsatSi von 92,7% erreicht. Das ge- lösung des SO₃ vorhanden sein muß.

409 727/374 11.64 © Bundesdruckerei Berlin