DE2213580B1 - Verfahren zur katalytischen umsetzung von gasen mit hohem gehalt an so2 - Google Patents

Description

ORIGINAL INSPECTED

Bei diesen Verfahren steht für jede einzelne Kontakt- bremsenden Stoffen wie z. B. Manganoxyd herab-

horde nur ein relativ eng begrenzter Temperaturbereich gesetzt werden.

und damit verbunden ein begrenzter Umsatzbereich Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß

zur Verfugung, da die Umsetzung adiabatisch erfolgt. die Umsetzung in der ersten Kontakthorde bis zu einer

Dieser Temperaturbereich liegt bei der Verwendung 5 Temperatur von etwa 550 bis 620° C erfolgt und die

von Katalysatoren auf der Basis von Vanadinpentoxyd Umsetzung in der zweiten Kontakthorde bis zu einer

(V₂O₅) etwa zwischen 400 bis 620⁰C. Nach Erreichen Temperatur von etwa 690 bis 760⁰C erfolgt. Bei diesen

der oberen Temperaturgrenze muß deshalb die Re- Temperaturen werden besonders günstige Umsetzungen

aktion in jeder Kontakthorde abgebrochen werden erzielt.

und die Gase zwischengekühlt werden, ehe sie in die io Eine weitere vorzugsweise Ausgestaltung besteht

nächste Kontakthorde eingeleitet werden können. darin, daß die Gase nach Verlassen der zweiten Kon-

Es ist auch bekannt, Kontakthorden mit verschie- takthorde gekühlt werden, in einer dritten Kontaktdenen Katalysatoren hintereinander zu schalten, wobei horde an Katalysatoren auf der Basis Vanadinpentdie Arbeitstemperatur der ersten Kontakthorde immer oxyd umgesetzt und nach Verlassen der dritten Konhöher liegt als die Arbeitstemperatur der zweiten Kon- 15 takthorde ohne Zwischenkühlung in einer vierten takthorde (deutsche Patentschriften 136,134, 682 915, Kontakthorde an Katalysatoren auf der Basis von USA.-Patentschriften 1 965 963, 2 042 675, 3 282 645). Eisenoxyd weiter umgesetzt werden. Die Umsetzung Diesen Verfahren liegt nicht die Verarbeitung von erfolgt in diesen Kontakthorden analog zu der UmGasen mit hohem SO₂-Gehalt zugrunde. Eine Über- Setzung in der ersten und zweiten Kontakthorde, jedoch tragung auf die Verarbeitung von Gasen mit hohem 20 bis zu den für die dritte und vierte Kontakthorde Gehalt an SO₂ würde Nachteile ergeben. geltenden Temperaturen. Auch diese Kontakthorden

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der können unmittelbar übereinander als Doppelhorde

Verarbeitung von Gasen mit einem hohen Gehalt an angeordnet sein.

SO₂ die Nachteile der bekannten Verfahren zu ver- Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß

meiden oder zu verringern und insbesondere die für 25 die Umsetzung in der dritten Kontakthorde bis zu

einen bestimmten Gesamtumsatz bisher erforderliche einer Temperatur von etwa 550 bis 620° C erfolgt und

Anzahl der Zwischenkühlungen der Gase zwischen den die Umsetzung in der vierten Kontakthorde bis zu

Kontakthorden zu verringern, ohne daß die Kataly- einer Temperatur von etwa 630 bis 710° C erfolgt. Bei

satoren geschädigt werden. diesen Temperaturen werden besonders günstige Um-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 30 Setzungen erzielt.

löst, daß die Umsetzung in der ersten Kontakthorde Die Umsetzung in weiteren kombinierten Doppelan Katalysatoren auf der Basis von Vanadinpentoxyd Kontakthorden aus Katalysatoren auf Basis von in an sich bekannter Weise erfolgt und daß die Gase Vanadinpentoxyd und Eisenoxyd kann so lange ernach Verlassen der ersten KontakthordeohneZwischen- folgen, bis die Gleichgewichtstemperatur des Gases bei kühlung in der zweiten Kontakthorde an Katalysatoren 35 diesem Umsatz etwa gleich der maximal zulässigen auf der Basis von Eisenoxyd weiter umgesetzt werden. Temperatur der Vanadinkatalysatoren ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet für Die Endtemperatur in den Kontakthorden mit Kata-

Gase mit einem SO₂-Gehalt von etwa 11 bis 60 °/„. lysatoren auf der Basis Eisenoxyd richtet sich nach dem

Die zweite Kontakthorde kann unmittelbar über SO₂-Gehalt des in die jeweilige Kontakthorde ein-

oder unter der ersten Kontakthorde angeordnet sein, 4° tretenden Gases. Bei höheren SO₂-Gehalten verschiebt

so daß beide Kontakthorden eine Doppelhorde bilden. sich die Temperatur zur oberen Grenze der angegebenen

In die erste Kontakthorde werden die Gase mit der Temperaturbereiche und bei niedrigeren SO₂-Gehalten

Arbeitstemperatur der Kontaktmasse — d. h. einer zur unteren Grenze.

Temperatur, die im allgemeinen etwas höher liegt als Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, die Anspringtemperatur der verwendeten Kontakt- 45 daß die Katalysatoren auf Basis von Vanadinpentoxyd masse — eingeleitet. Die Umsetzung erfolgt bis zu und die Katalysatoren auf Basis Eisenoxyd in zwei einer Temperatursteigerung, die der zulässigen Höchst- getrennten Schichten übereinander auf einem gemeintemperatur im Hinblick auf eine Schädigung der Kon- samen Rost liegen und zwischen den beiden Schichten taktmasse entspricht oder bis zu der im Hinblick auf eine gasdurchlässige inaktive wärmeisolierende Schicht die Umsetzung günstigsten Temperatur, die natürlich 50 geschaltet ist. Dadurch wird die Wärmeübertragung unter der erstgenannten Temperatur liegen muß. Die von der Kontakthorde mit Katalysatoren auf der Einstellung dieser Temperatur erfolgt über die Ver- Basis von Eisenoxyd auf die Katalysatoren auf der weilzeit des Gases in der Kontakthorde. Die Verweil- Basis Vanadinpentoxyd vermieden, was insbesondere zeit wird so eingestellt, daß ein Umsatz von SO₂ zu SO₃ bei Stillständen wichtig ist und es wird ein Rost einerfolgt, der nur eine Temperatursteigerung bis zu den 55 gespart, der außerdem thermisch hoch beansprucht genannten Temperaturen ergibt. Mit dieser Temperatur würde.

werden die Gase direkt in die zweite Kontakthorde Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht geleitet. In dieser Kontakthorde erfolgt dann eine darin, daß das Gas von unten nach oben durch die weitere Umsetzung, vorzugsweise bis zur Gleichge- Kontakthorden geleitet wird. Dadurch wird eine Verwichtstemperatur, da diese Katalysatoren erst bei 60 schlechterung der Gasdurchlässigkeit der Kontaktwesentlich höheren Temperaturen geschädigt werden. masse durch Ablagerung von feinen Feststoffen ver-

Vorzugsweise wird in der Kontakthorde auf Basis ringert.

Vanadinpentoxyd der V₂O₅-Gehalt der Katalysatoren Hinter jeder Doppel-Kontakthorde erfolgt eine in-

nach der an sich bekannten Methode so eingestellt, direkte und/oder direkte Kühlung der austretenden

daß durch die Verminderung der Reaktionsgeschwin- 65 Gase auf die Arbeitstemperatur am Eintritt der

digkeit der Reaktion SO₂ + 1/2 O₂ SO₃ eine technisch nächsten Kontakthorde. Bei höheren SO₂-Gehalten

günstige Verweilzeit erzielt wird. Weiterhin kann die ist in jedem Fall eine mindestens teilweise indirekte

Reaktionsgeschwindigkeit durch Zusatz von reaktions- Kühlung erforderlich, da bei ausschließlicher Kühlung

durch Zumischung sauerstoff haltiger Gase eine enorme Steigerung des Gasvolumens eintritt. Vorzugsweise erfolgt die Kühlung ausschließlich auf indirektem Wege, da dann das Gasvolumen nicht vergrößert wird und konstante Betriebsbedingungen erzielt werden.

Die Erfindung ist für Verfahren mit und ohne Zwischenabsorption des gebildeten SO₃ geeignet.

Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 3 erläutert.

In den Figuren ist der Umsatz von SO₂ zu SO₃ in Abhängigkeit von der Gastemperatur dargestellt. Die Kurve g stellt die Gleichgewichtskurve der Reaktion SO₂+ ¹I₂ O₂- SO₃ dar.

Mit den vollausgezogenen Linien (—) la bis Ta wird die Umsetzung des Gases in den Kontakthorden, die Katalysatoren auf Basis Vanadinpentoxyd enthalten, dargestellt.

Mit den gestrichelten Linien ( ) Ib und 3 b

wird die Umsetzung des Gases in den Kontakthorden, die Katalysatoren auf der Basis Eisenoxyd enthalten, dargestellt.

Mit den strichpunktierten Linien( ) Ic bis 6c

werden die Zwischenkühlungen dargestellt.
F i g. 1 zeigt das Verfahren für ein Gas mit 15 °/₀ SO₂ und 8 »/ο O₂;

F i g. 2 zeigt das Verfahren für ein Gas mit 35 °/₀ SO₂ und20°/₀O_?;

F i g. 3 zeigt das Verfahren für ein Gas mit 60 °/₀ SO₂ ίο und 35% O₂.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Anzahl der erforderlichen Zwischenkühlungen der Gase zwischen den Kontakthorden bei gegebenem Gesamtumsatz verringert wird, wodurch beträchtliche Einsparungen an Investitionskosten und Betriebskosten eintreten. Weiterhin ist das Temperaturgefälle zwischen den zu kühlenden Gasen und dem Kühlmedium sehr hoch, so daß kleinere Wärmeaustausch-Flächen bei der indirekten Kühlung benötigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 exotherm verläuft. Bei Gasen mit einem, SO2-Gehalt Patentansprüche · ^s zu etwa ^ °l° ^ommt ^e Reaktion bei Temperaturen p ' im Bereich von etwa 6200C zum Stillstand, weil dann das Gleichgewicht der Reaktion SO2 + 1U O2 ==^= SO3

1. Verfahren zur katalytischen Umsetzung von 5 erreicht wird. Bei Gasen mit höherem SO₂-Gehalt Gasen mit einem hohen Gehalt an SO₂ in Kontakt- steigt die Temperatur weiter, da die Umsetzung erst horden mit Katalysatoren in Gegenwart von bei höheren Temperaturen zum Gleichgewicht kommt. Sauerstoff zu SO₃, wobei die erste Kontakthorde Bei Temperaturen über etwa 620° C erfolgt jedoch eine einen anderen Katalysator enthält als die zweite Schädigung des Katalysators.

Kontakthorde, dadurch gekennzeich-io Zur Vermeidung der Schädigung des Katalysators net, daß die Umsetzung in der ersten Kontakt- infolge Überhitzung wurden mehrere Verfahren zum horde an Katalysatoren auf der Basis von Vanadin- Verarbeiten von Gasen mit hohem SO₂-Gehalt vorgepentoxyd in an sich bekannter Weise erfolgt, und schlagen.

daß die Gase nach Verlassen der ersten Kontakt- So ist es bekannt, den SO₂-Gehalt der einzusetzenden

horde ohne Zwischenkühlung in der zweiten 15 Gase dadurch zu senken, daß teilumgesetzte SO₂-hal-Kontakthorde auf der Basis von Eisenoxyd weiter tige Gase den Ausgangsgasen zugemischt werden umgesetzt werden. (deutsche Auslegeschrift 1 054 431, deutsche Patent-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- schrift 504 635, deutsche Offenlegungsschrift2 026 818). zeichnet, daß die Umsetzung in der ersten Kontakt- Bei diesen Verfahren muß eine große Gasmenge durch horde bis zu einer Temperatur von etwa 550 bis 20 die Kontakthorden geführt werden, wobei die Gas-620⁰C erfolgt und die Umsetzung in der zweiten menge mit steigendem SO₂-Gehalt immer größer wird. Kontakthorde bis zu einer Temperatur von etwa Die gleichmäßige Durchmischung ist technisch schwie-690 bis 760° C erfolgt. rig durchzuführen, außerdem muß der Kontaktkessel

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da- entsprechend der rückgeführten Gasmenge größer ausdurch gekennzeichnet, daß die Gase nach Verlassen 35 gelegt werden.

der zweiten Kontakthorde gekühlt werden, in einer Es ist auch bekannt, Gase mit einem SO₂-Gehalt bis

dritten Kontakthorde an Katalysatoren auf der zu 14°/₀ unter Verwendung von Sauerstoff-Unterder Basis Vanadinpentoxyd umgesetzt und nach schuß umzusetzen und stufenweise durch Einblasen Verlassen der dritten Kontakthorde ohne Zwischen- von getrockneter, kalter Luft im Sauerstoffgehalt zu kühlung in einer vierten Kontakthorde auf der 30 ergänzen und zu kühlen (USA.-Patentschrift 2180 727). Basis von Eisenoxyd weiter umgesetzt werden. Dieses Verfahren hat folgende Nachteile: Bei mittleren

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- SO₂-Gehalten kann die Überschreitung der zulässigen zeichnet, daß die Umsetzung in der dritten Kontakt- Temperatur für den Katalysator zwar durch Regelung horde bis zu einer Temperatur von etwa 550 bis des Sauerstoff-Unterschusses verhindert werden, jedoch 620⁰C erfolgt und die Umsetzung in der vierten 35 muß nach jeder Kontakthorde eine geregelte und ge-Kontakthorde bis zu einer Temperatur von etwa steuerte Menge an Luft zugegeben werden. Bei höheren 630 bis 710⁰C erfolgt. SO₂-Gehalten, z. B. über 20⁰/_?, muß neben der Zu-

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, da- mischung von Luft zusätzlich eine indirekte Zwischendurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoren auf kühlung der Gase zwischen den einzelnen Kontakt-Basis von Vanadinpentoxyd und die Katalysatoren 40 horden erfolgen, da eine Kühlung nur durch Einblasen auf Basis Eisenoxyd in zwei getrennten Schichten von Luft für die nächste Kontakthorde schon einen übereinander auf einem gemeinsamen Rost Hegen Sauerstoff-Überschuß ergeben würde und damit zu und zwischen den beiden Schichten eine gasdurch- einer unzulässigen Temperatursteigerung führen würde, lässige inaktive wärmeisolierende Schicht geschaltet Die notwendige gleichmäßige Vermischung der Luft ist. 45 mit dem Gas erfordert beträchtliche Aufwendungen.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, da- Es ist weiterhin bekannt, bei Gasen mit einem durch gekennzeichnet, daß das Gas von unten nach SO_a-Gehalt von etwa 8 bis 11 °/₀ einen Teilstrom mit oben durch die Kontakthorden geleitet wird. einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,6 bis 2 m/sec

durch einen dem Hauptkontakt vorgeschalteten Vor-50 kontakt zu leiten, die den Vorkontakt verlassenden

SO₃-haltigen Gase mit kälteren SO₂-haltigen Gasen zu

vermischen und das Mischgas in üblicher Weise im Hauptkontakt umzusetzen (österreichische Patentan-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kataly- meldung A10932/68).

tischen Umsetzung von Gasen mit einem hohen Gehalt 55 Dieses Verfahren benötigt einen gesonderten Voran SO₂ in Kontakthorden mit Katalysatoren in Gegen- kontakt und ist für hochprozentige Gase nicht gewart von Sauerstoff zu SO₃, wobei die erste Kontakt- eignet oder benötigt mehrere Vorkontakte,
horde einen anderen Katalysator enthält als die zweite Es ist weiterhin bekannt, das Temperatur-Maximum

Kontakthorde. bei der Umsetzung von SO₂-haltigen Gasen in einem

Bei der Umsetzung von SO₂-haltigen Gasen zu 60 Hordenkontakt durch Variieren des V_aO₅-Gehaltes SO₃ mit anschließender Schwefelsäureherstellung muß der Katalysatoren zu steuern (HeIv. chim. Acta 24, die Katalysatormasse durch das Gas zunächst auf die Sond.-Nr. 71 E bis 79 E, 13/12, 1941, Basel, Ges. f. sogenannte Anspringtemperatur gebracht werden. ehem. Ind.). Die Anwendung dieser Methode auf die Diese Anspringtemperatur liegt z. B. bei Katalysatoren Verarbeitung von Gasen, mit einem hohen Gehalt an auf der Basis von Vanadinpentoxyd (V₂O₅) je nach 65 SO₂ würde bedeuten, daß die Reaktion jedesmal nach Zusammensetzung und Herstellungsart bei etwa 400 Erreichen von etwa 620° C abgebrochen werden müßte bis 450°C. Bei der Umsetzung von SO₂ zu SO₃ tritt und dann eine Zwischenkühlung vorgenommen werden eine Steigerung der Temperatur ein, da die Reaktion müßte.