DE2213580C2 - Verfahren zur katalytischen Umsetzung von Gasen mit hohem Gehalt an SO tief 2 - Google Patents

Description

horde ohne Zwischenkühlung in der zweiten 15 Gase dadurch zu senken, daß teilumgesetzte SO_a-hal-Kontakthorde auf der Basis von Eisenoxyd weiter tige Gase den Ausgangsgasen zugemischt werden umgesetzt werden. (deutsche Auslegeschrift 1054 431, deutsche Patent-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- schrift 504 635, deutsche Offenlegungsschrift2026818). zeichnet, daüdie Umsetzung in der ersten Kontakt- Bei diesen Verfahren muß eine große Gasmenge durch horde bis zu einer Temperatur von etwa 550 bis ao die Kontakthorden geführt werden, wobei die Gas-620⁰C erfolgt und die Umsetzung in der zweiten menge mit steigendem SO_a-Gehalt immer größer wird. Kontakthorde bis zu einer Temperatur von etwa Die gleichmäßige Durchmischung ist technisch schwie-690 bis 760⁰C 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 SO_a-Gehalt bis

dritten Kontakthorde an Katalysatoren auf der zu 14% unter Verwendung von Sauerstoff-Unter-

der Basis Vanadinpentoxyd umgesetzt und nach schuß umzusetzen und stufenweise durch Einblasen

Verlassender 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 Ansyruc 1 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. SO_a-Gehalten, z.B. über 20°/., 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 liegen 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 SO_a-haltigen Gasen zu

vermischen und das Mischgas in üblicher Weise im Hauptkontakt umzusetzen (österreichische Patentan-Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kataly- meldung A 10932/68).

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

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

Bei der Umsetzung von SO_a-haltigen Gasen zu 60 Hordenkontakt durch Variieren des V_aO_s-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 (V₁O₅) je nach 65 SO_a würde bedeuten, daß die Reaktion jedesmal nach Zusammensetzung und Herstellungsart bei etwa 400 Erreichen von etwa 620°C abgebrochen werden müßte bis 450⁰C. Bei der Umsetzung von SO, zu SO_a tritt und dann eine Zwischenkühlung vorgenommen werden eine Steigerung der Temperatur ein, da die Reaktion muß!:.

Bei diesen Verfahren steht fürjede einzelne Kontakthorde nur ein relativ eng begrenzter Temperaturbereich Zd damit verbunden ein begrenzter Umsatzbereich Zr Verfügung, da die Umsetzung adiabatisch erfolgt. Dieser Temperaturbereich liegt bei der Verwendung von Katalysatoren auf der Basis von Vanadinpentoxyd (?"o₅) etwa zwischen 400 bis 62O°C. Nach Erreichen der oberen Temperaturgrenze muß deshalb die Reaktion in jeder Kontakthorde abgebrochen werden f_nd die gL zwischengekühlt werden, ehe sie in die nächste Kontakthorde eingeleitet werden können. "'es ist auch bekannt, Kontakthorden mit verschiedenen Katalysatoren hintereinander zu schalten, wöbe, Sie Arbeitstemperatur der ersten Kontakthorde immer höher liegt als die Arbeitstemperatur der z-we.ten Konukthorde (deutsche Patentschriften 136,134, 682 915, SsA.-Patentschriften 1 965 963, 2 042 675, 3 282 645). Diesen Verfahren liegt nicht die Verarbeitung von Gasen mit hohem SO_rGehalt zugrunde. Eine Über-,raaung auf die Verarbeitung von Gase,, mit hohem g ξ _einer

4
bremsendqn Stoffen wie z, B. Mangunoxyd hera -

gesetzt werden. _ecMu„nB besteht darin, daß

Eine vorzugsweise Aus^taUung J«UM .

die Umsetzung in der «^"^^^,gt _und die Temperatur von etwa d50 ^°;^U£ ^ ξ Umsetzung in der zweiten £°™g Temperatur von etwa 690 bis 76C [ Temperaturen werden besonders gunstig

erzielt. Auscestaltung besteht

,. Erne wertere vorzupw«*^£Sn Kondann, daß die Gase nach Verlassen aer _Kontakt„ takthorde f^fH «^ n^nerdnt^

horde an Katalysato™ ™ «J ¹J*_{def dritten} Konoxyd umgesetzt^und «* Ve»as«ⁿ ^^

takthorde ohne ^zw'«^h^^uh'^ung _{f der B}asis von Kontakthorde an ,^ff^^n _Die Umsetzung Eisenoxyd weiter «»^^^og zu der Umerfolgt in dieser Kon a^^^ο^, jedoch setzunginde ersten undzwp..ten κ _Kontakthorde bis zu ^" ^f"^r ^ J"^lte _A'_u;_{h die}se Kontakthorden

al» oder zu verringern und insbesondere die iür „ d.e _ei„_e„ bestimmten Oesamtumsau bisher erforderliche e.ner Anzahl der Z.ischenkühlungen de, Gase zwischen den d = ^₁A £°6ffl'c erfolgt und u von »» _Kontakthorde bis zu

ⁿ * '^ _{63O bis} ,WC erlolgt. Be.

^ü*^um·

"Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß daduich gelost, daß die Umsetzung in der ersten Kontakthorde an Katalysatoren auf der Basis von Vanadinpentoxyd η an sich bekannter Weise erfolgt und daß die Gase „achVerSassendererstenKontakthordeohneZwischenkühlung in der zweiten Kontakthorde an Katalysatoren auf der Basis von Eisenoxyd weiter umgesetzt werden.

Da, erfindungsgemäße Verfahren ist gee.gnet fur Gase mit einem SO₂-Gehalt von etwa 11 bis 60·/..

Die zweite Kontakthorde kann unmittelbar über oder unter der ersten Kontakthorde angeordnet sein. 4»

Γη t s Äsa^ffS^Ä

45

setzunger' ^e"'^e'¹· lcombinierten DoppelD. ^ ^Umset^^nß _au'_s ⁿ Katalysatoren auf Basis von Kontakthorden ;aus iw a y _{so lange} ^

g
Lesern

, b.sdie

p
Gehalt des

peratur des Gases bei ^, der maximal zulässigen ^;_df_n ^e _k^_alysatoren ist. ™^_η Kontakthorden mit Kata- * _{jchtel sich nach de}m

fS Kontakthorde ein- ι ^.Gehalten verschiebt

' Grenze der angegebenen

die Anspringtemperatur der verwendeten Kontaktmasse - eingeleitet. Die Umsetzung erfolgt b.s zu einer Temperatuvsteigerung. die der zulassigen Höchsttemperatur im Hinblick auf eine Schädigung der Kontaktmasse entspricht oder bis zu der im Hinblick auf die Umsetzung günstigsten Temperatur, die natürlich unter der erstgenannten Temperatur hegen muß Oe Einstellung dieser Temperatur erfolgt über die Ve weilzeit des Gases in der Kontakthorde. D.Verwdzeit wird so eingestellt, daß ein Umsatz von SO₁ zu SO, erfolgt der nur eine Temperatursteigerung bis zu den genannten Temperaturen ergibt. Mit dieser Temperatur werden die Gase direkt in die zweite Kontakthorde geleitet. In dieser Kontakthorde erfolgt dann eine weitere Umsetzung, vorzugsweise bis zur Gle.chge- und

₅o f ^sc7^tet
von ^d«
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_{n auf} Basis Eisenoxyd in zwei _{er auf einem gernei}n-

„d _zwi_Schen den beiden Schichten _warmeisoiierende Schicht wird die Wärmeübertragung _{e mit} Katalysatoren auf der _{d auf die} Katalysatoren auf der y _{de was insbeS}ondere

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wurde. _bevorzUgte Ausgestaltung besteht

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f Gasdurchlässigkeit der Kontaktfeinen Feststen ver-

^^_df_r Gasdurchlässigkeit der Kon Äh^ßAb,g,_Ung von feinen Feststen ver-

V^nÄ^^GÄÄS nach der an sie» bekannten Methode so eingestellt,

durch Zumischung sauerstofThaltiger 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 SO₁ zu SO₃ in Abhängigkeit von der Gastemperatur dargestellt. Die Kurve g stellt die Gleichgewichtskurve der Reaktion SO₂+ ViO₄-SO₃ dar.

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

Mit den gestrichelten Linien ( ) \b und 3b

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 % SO. und 8°/₀O₂;

F i g. 2 zeigt das Verfahren für ein Gas mit 35 °/„ SO. und 20% O₂;

F i g. 3 zeigt das Verfahren für ein Gas mit 60°/₀ SO. ίο und 35°/₀O_?.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

exotherm verläuft. Bei Gasen nut einem SOa-Gehalt bis zu etwa I1-%kommt die Reaktion bei Temperaturen jm Bereich yon etwa 62Qo c zum stillstand, weil dann das Gleichgewicht der Reaktion SOa + »/a Oa — SOs

1. Verfahren zur katalytischen Umsetzung von 5 erreicht wird. Bei Gasen mit höherem SO_a-Gehalt Gasen mit einem hohen Gehalt an SO_a 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 iedoch 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 Ga^en mit hohem SO_a-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