DE2647772A1 - Verfahren zur herstellung von schwefelsaeure - Google Patents

Verfahren zur herstellung von schwefelsaeure

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DE2647772A1 DE19762647772 DE2647772A DE2647772A1 DE 2647772 A1 DE2647772 A1 DE 2647772A1 DE 19762647772 DE19762647772 DE 19762647772 DE 2647772 A DE2647772 A DE 2647772A DE 2647772 A1 DE2647772 A1 DE 2647772A1
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/69Sulfur trioxide; Sulfuric acid
    • C01B17/74Preparation
    • C01B17/76Preparation by contact processes
    • C01B17/765Multi-stage SO3-conversion
    • C01B17/7655Multi-stage SO3-conversion with intermediate absorption

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

  • Verfahren zur Eierstellun, von Schwefelsäure
  • Die hier beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure durch katalytische Oxydation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid und dessen Umsatz mit Wasser.
  • Es kann zukünftige durch Umweltschutz bedingte noch schärfere Anforderungen als sie zur Zeit an das Endgas solcher Anlagen gestellt werden, erfüllen. Die Apparate können kleiner und damit die Anlage billiger gehalten werden. Dies ist besonders für große Anlagen über 2.000 ta@@ von Bedeutung, weil oberhalb einer gewissen Apparategröße nach herkommlichen Verfahren neue Konstruktionsprinzipien herangeZogen werden müssen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können er bis jetzt übliche und damit bewährte Konstruktionen auch noch für derart große Anlagen verwendet werden.
  • Die Grundidee beruht auf dem Einsatz von technisch reinem Sauerstoff und Luft in einem bestimmten Verhältnis und in der Anwendung einer zweimaligen Zwischenabsorption.
  • Beide Einzelmerkmale sind altbe;>alnt. Die Verwendung von Sauerstoff und Luft erfolgte aber nur zu dem Zweck, den Sauerstoffgehalt des Reaktionsgases auf eine gewünschte Höhe anzureichern.
  • Wenn mehrmalige Zwischenabsorptn vorgeschlagen wurde, so wurde nicht erkannt, daß bei Abwesenheit von Inertgasen das Volumen des Reaktionsgases erheblich abeimmt und daß man diese Volumabnahme vorteilznaft nutzen kann. Außerdem erhbhü sich in einem solchen Fall die 50 2-KonzenLration nach einer Zwischenabsorption, was eine wesentlich bessere Leistung des Katalysators ergibt.
  • Bei der heute blichen Zwischenabsorption in Anwesenheit von Inertgas ist dieser Effekt vernälässigbar 1«'eino Bei Anwendung von reinem Sauerstoff wurde schon des öfteren vorgeschlagen, ein Kreislauftverfahren anzuwenden, um Verluste das kostspieligen Sauerstoffs mit deLm Endgas, in dem es inner noch zu einen gewissen Prozentsatz enthalten sein m.u3, um einen nuten Umsatz zu erzielen, zu varmaiden. Ein Kreislaufverfahren bedeutet aber höheren Energiebedarf und vergrößerte Apparate. Erfindungsgemäß wird ein bestimmter Anteil des notwendigen Sauerstoffes, neben reinem Sauerstoff, aus Luft gedeckt. Dadurch belasten die Sauerstoffverluste im Endgas nicht den Anteil an reinem Sauerstoff.
  • Aus diesen Überlegungen ergibt sich folgende erfindungsgemäße Verfahrenskombination: l) Das Verfahren wird in 3 Stufen durchgeführt, zwischen denen jeweils das bis dorthin gebildete Schwefeltrioxid aus dem Reaktionsgas abgetrennt wird. Dies wird als solches oder als Schwefelsäure in einer gemeinsamen Misch- und Absorptionsanlage mit Wasser zu Schwefelsäure und/oder Oleum handelsüblicher Konzentration umgesetzt. Diese Anlage ist kein Gegenstand der Erfindung. Der Begriff - Stufe - wird im folgenden immer in dem hier gekennzeichneten Sinne gebraucht.
  • 2) Das Verfahren verlangt den Einsatz von loo %igem oder nahezu loo %igem S02. Dies kann aus Anreicherungsanlagen, z.B.
  • Rauchgaswäschen bezogen oder aus Schwefel durch Verbrennen mit Sauerstoff noch bekannten Verfahren gewonnen werden.
  • Bevorzugt wird in diesem Fall die Zumischung von Schwefeltrioxid nach dem Verfahren der DOS 2 245 oo2.
  • Es kann gasförmig oder flüssig dem Ofen zugeführt werden.
  • 3) In jeder Stufe wird die Reaktion abgebrochen, wenn eine weitere Steigerung des Umsatzes einen unverhältnismäßig hohen Katalysatoreneinsatz erfordert. Das ist immer bei Umsätzen über 95 % der Fall. Umsätze unter 80 C,6 bringen keinen ausreichenden Erfolg Typisch für dies Verfahren sind Umsätze je Stufe zwischen 80 und 9o 4. Vit 9o 4 Umsatz in jeder Stufe erreicht man einen Gesamtumsatz von 99,9 .
  • 4.) In der ersten Stufe wird dem Schwefeldioxid Sauerstoff z.B. in einzelnen Reaktionsabschnitten zugeführt und zwischen diesen Abschnitten Reaktionswarme z.B. durch Dampfkesselelemente abgeführt. Jedem Abschnitt wird nur so viel Sauerstoff zugeführt, daß dadurch die Wärmeentwicklung dieses Abschnittes gesteuert wird. Insgesamt wird der ersten Stufe so viel Sauerstoff zugeführt, daß er am Austritt dieser Stufe das o,2 bis o,4-fache Volumen des nicht umgesetzten Schwefeldioxids beträgt.
  • 5.) In der zweiten Stufe wird ähnlich wie in der ersten Stufe verfahren. Hier wird aber kein Sauerstoff, sondern Luft in einer solchen Menge zugesetzt, daß am Austritt der 2. Stufe nach Abtrennen des Schwefeltrioxids ein Gas mit einem solchen Gehalt an Schwefeldioxid und Sauerstoff entsteht, wie es nach bekannten Verfahren üblicherweise verarbeitet wird, z.B. wie ein lo %iges Schwefelverbrennungsgas oder ein 8 Diges Röstgas.
  • 6.) In der 3. Stufe wird dieses Gas bekannter Zusammensetzung nach bekannten Methoden zu Schwefeltrioxid oxidiert.
  • Die hier erwähnten Abschnitte in der ersten bzw. zweiten Stufe, z.B. 4 Horden eines Hordenkontaktapparates, sind nicht wesentlich für die Erfindung. Es können auch andere bekannte oder noch neu zu entwickelnde Konverterkonstruktionen, die z.B. besonders für die Verarbeitung von starken schwefeldioxidhaltigen Gasen geeignet sind, eingesetzt werden, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke beeinträchtigt wird.
  • Gase mit einem Schwefeldioxidgehalt unter loo % können ebenfalls nach der erfindungsgemäßen Arbeitsweise umgesetzt werden und in vielen Fällen wird sich noch ein wirtschaftlicher Vorteil ergeben. Eine besondere Betriebskostenrechnung muß dies in jedem einzelnen Fall ausweisen.
  • Beispiel: Es werden stündlich 13,6 t Schwefel mit 3 650 Nm³ 02 und 12 ooo Nm3 503 bei 1430 verbrannt. Das Verbrennungsgas hat einen Sauerstoffüberschuß von o,5 Vol.-, Es entsteht ein Gas mit stündlich 21 500 Nm3 SO2 und loo Nm3 92 Es wird in einem Abhitzekessel auf 4500 gekühlt und in einem Kontakt apparat nach Zusatz von weiterem Sauerstoff in 4 Abschnitten zui9o % zu S03 oxidiert. Verteilt auf die einzelnen Abschnitte und zwischen den Abschnitten wird die Reaktionswärme über Dampfkesselteile abgeführt. Das Gas wird dann in einem Economiser auf 1800 vorgekühlt und dann bis zur Verflüssigung und Abscheidung des S03 weitergekühlt. Darauf passiert es einen-mit 95 %iger -Schwefelsäure berieselten Absorptionsturm. Mit Hilfe von Wärme aus der Oxidationsreaktion wird von dem verflüssigten S03 durch Erhitzen 12 ooo Nm3/h S03 Verdampft und dem Schwefelofen zugeführt. Unter Zumischung von Luft wird das Gas aus der ersten Stufe in weiteren 4 Abschnitten unter Abführung der Reaktionswärme in Dampfkesselteilen wiederum zu 9o % umgesetzt und das Reaktionsgas in einen zweiten Absorptionsturm-vom S03 befreit. Die hier erzeugte Säure wird dem ersten Absorptionsturm zugeführt. Nach dem zweiten Absorptionsturm hat das Gas eine Zusammensetzung von 95 Nm3-/h S02, 1o2 Nm3/h 02 und 750 Nm3/h N2. Das entspricht einem nach bekannten Methoden erzeugten lo siegen Schwefelverbrennungsgas, das in der 3. Stufe, einer Kontaktanlage bekannter Ausbildung, zu 98 % umgesetzt wird.
  • Es ist so ein Umsatz von 99,98 % des eingesetzten Schwefels erreicht worden. Die Produktion beträgt l ooo tato Schwefelsäure loo %ig in drei hintereinandergeschalteten Kontakt anlagen, von denen die erste, abgesehen von dem Schwefeltrioxid, das zur Schwefelverbrennung geht, 9oo tato erzeugt, bei einer Gasmenge, die einer konventionellen 250 tato Anlage entspricht, die zweite 9o tato erzeugt, bei einer Gasmenge, die einer konventionellen 12 tato Anlage entspricht und die dritte lo tato erzeugt und auch die Größe einer entsprechenden konventionellen Anlage- hat.
  • Nicht dem Schwefelverbrennungsofen zugeführtes S03 aus der Verflüssigung nach der ersten Stufe wird in einem Nischkreislauf der übrigen Schwefelsäure unter Wasserzusatz und ausreichender Kühlung beigemischt.- Insgesamt werden 14 140 Nm3/h Sauerstoff benötigt, die vor ihrer Verwendung zum Austreiben des in der Produktionssäure gelösten Schwefeldioxids benutzt werden.
  • Um nur 9o % Umsatz zu erreichen, sind nur etwa 60 % der üblichen Kontaktmasse nötig. Die Kapazität der ersten Stufe in diesem Beispiel ist wegen des zum Brenner geführten Schwefeltrioxids um das 1,4-fache gegenüber der normalen Kapazität erhöht.
  • Versuche mit einer so hohen'Schwefeldioxidkonzentration ergaben nur etwa ein Drittel des normalen Kontaktmassenbedarfs, so daß bei Berücksichtigung aller Einflüsse etwa nur die Hälfte der bei bekannten Verfahren üblichenKontaktmasse erforderlich ist.
  • Die ganze Anlage enthält nur ein Luftgebläse, das im Normalbetrieb 1 000 Nm³/h Luft fördert, für das Anfahren des Ofens aber für maximal 5 000 Nm³/h ausgelegt ist.
  • Zu den schon genannten Einsparungen an Investitionen kommt noch hinzu, daß das bei einer konventionellen 1 ooo tato Anlage erforderliche große Luftgebläse für etwa 150 ooo Nm3jh und ein Lufttrockenturm dieser Größe bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht benötigt werden.
  • Um einen Umsatz von 99,98 % zu erreichen, müßte nach herkömmlichen Verfahren einer Doppelkatalyse eine Endgaswäsche nachgeschaltet werden. Auch diese Endgaswäsche, keineswegs eine billige Anlage, kann erfindungsgemäß eingespart werden.
  • Es kann damit gerechnet werden, daß Sauerstoff über Rohrleitungsnetze mit deren Weiterenhwicklung immer preiswerter zur Verfügung gestellt werden kann, so daß die Kosten für den benötigten Sauerstoff durch die Einsparung an Investitionen mehr als ausgeglichen werden und somit das hier beschriebene Verfahren in der Zukunft erhebliche Bedeutung haben wird.

Claims (1)

  1. Anspruch 1 Verfahren zur Erzung von Schwefelwäure aus Schwefeldioxid, Sauerstoff und Luft durch katalytische Oxydation des 502 zu S03 und Umsatz des Schwefeltrioxids mit Wasser, gekennzeichnet durch Hintereinanderschalten von 3 Verahrenssturen, wobei 1. in der 1. Stufe der wesentliche Teil des Schwefeldioxids unter Zusatz von Sauerstoff katalytisch zu SO3 oxydiert und dieses nach einem der bekannten Verfahren vom nicht umgesetzten S02 abgetrennt wird, 2. in der 2. Stufe das im Abgas der ersten Stufe enthaltene S°2 zum wesentlichen Teil katalytisch oxydiert wird unter Zusatz von Sauerstoff und so viel Luft, daß das Abgas dieser 2. Stufe nach Abtrennung der wesentlichen S03-Menge hinsichtlich S03-, S02- und 02-Gehalt die Zusammensetzung eines teilweise katalytisch oxidierten Gases hat, wie man es bekommt, wenn man von einem Schwefelverbrennungsgas mit üblicher S02-Konzentration ausgeht, 3. in einer 3. Stufe das Abgas der 2. Stufe in bekannter Weise weiter zu Schwerelsäure verarbeitet wird.
    Anspruch 2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge7.<ennzeichnet, daß die Umsätze in der ersten und zweiten Stufe jeweils 8o - 9o 4 betragen und der Umsatz der 3 Stufe so hoch gewählt wird, wie es die Anforderung an die Endgasusammensetzung verlangt.
    Anspruch 3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das SO3 nach der ersten und gegerenenalls auch nach ner zweiten Stufe durch Verf lüssigung abgeschlegen wird.
    Anspruch 4 Verfahren nach Anspruch 1 - 3, 4dadurch gekennze-crn-o-, da;3 das SO2 durch. Verbrennen von Schwefel 1 mit Sauerstoff unter Zusatz von rückgeführtem gasförmigen oder flüssigen 503 erhalten wird wobei der Sauerstoff mit einem solchen Druck eingesetzt und das gasförmige S03 durch Erhitzen von flüssigem SO3 unter einem solchen Druck erzeugt wird, daß ein Gebläse für die Förderung dieser Gase nötig ist.
    Anspruch 5 Verfahren nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das S02 von einer Anreicherungsanlage, z.B. einer Rauchgaswäsche, die loo %iges S02 liefert, genommen wird Anspruch 6 Verfahren nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation in Stufe 1 und 2 in Abschnitte mit Zwischen kühlung unterteilt ist, wobei der Temperaturanstieg in den einzelnen Abschnitten durch die Menge des jeweils zugesetzten Sauerstoffes begrenzt wird.
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